離散余弦變換(DCT)及其反變換(IDCT)在圖像編解碼方面應用十分廣泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等國際標準所采用。由于其計算量較大，軟件實現往往難以滿足實時處理的要求，因而在很多實際應用中需要采用硬件設計的DCT/IDCT處理電路來滿足我們對處理速度的要求。本文所研究的內容就是針對圖像處理應用的8×8二維DCT/IDCT處理核的硬件實現。 本文首先介紹了DCT和IDCT在圖像處理中的作用和原理，詳細說明了DCT變換實現圖像壓縮的過程，并與其它變換比較說明了用DCT變換實現圖像壓縮的優勢。接著，分析研究了DCT的各種快速算法，總結了前人對DCT快速算法及其實現所做的研究。本文給出了兩種性能、資源上有一定差異的二維DCT/IDCT的FPGA設計方案。兩種方案均利用DCT的行列分離特性，采用流水線設計技術，將二維DCT/IDCT實現轉化為兩個一維DCT/IDCT實現。在一維DCT/IDCT設計中，根據圖像處理的特點對Loeffler算法的數據流進行了優化，通過合理安排時鐘周期數和簡化各周期內的操作，大大縮短了關鍵路徑的執行時間，從而提高了流水線的執行速度。最后，對所設計的DCT/IDCT處理核進行了綜合和時序仿真。 結果表明，當使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件時，本文設計的方案一能夠在116M時鐘頻率下正確完成8×8的二維DCT或IDCT的邏輯運算，消耗2827個邏輯單元；方案二能夠在74M時鐘頻率下正常工作，消耗1629個邏輯單元。
上傳時間： 2013-07-14
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本課題完成了基于FPGA的數據采集器以及IIC總線的模數轉換器部分、通訊部分的電路設計。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位軟處理器MicroBlaze;ⅡC總線的模數轉換采用Microchip公司的MCP3221芯片，通訊部分則在FPGA片內用VHDL語言實現。通過上述設計實現了“準單片化”的模擬量和數字量的數據采集和處理。 所設計的數據采集器可以和結構類似的上位機通訊，本課題完成了在上位機中用VHDL語言實現的通信電路模塊。通過上述兩部分工作，將微處理器、數據存儲器、程序存儲器等數字邏輯電路均集成在同一個FPGA內部，形成一個可編程的片上系統。FPGA片外僅為模擬器件和開關量驅動芯片。FPGA內部的硬件電路采用VHDL語言編寫；MCU軟核工作所需要的程序采用C語言編寫。多臺數據采集器與服務器構成數據采集系統。服務器端軟件用VB開發，既可以將實時采集的數據以數字方式顯示，也可以用更加直觀的曲線方式顯示。 由于數據采集器是所有自控類系統所必需的電路模塊，所以一個通用的片上系統設計可以解決各類系統的應用問題，達到“設計復用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC設計的更加突出的優點是不必更換芯片就可以實現設計的改進和升級，同時也可以降低成本和提高可靠性。
上傳時間： 2013-07-12
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Reed-Solomon碼(簡稱RS碼)是一種具有很強糾正突發和隨機錯誤能力的信道編碼方式，在深空通信、移動通信、磁盤陣列以及數字視頻廣播(DVB)等系統中具有廣泛的應用。 本文簡要介紹了有限域基本運算的算法和常用的RS編碼算法，分析了改進后的Euclid算法和改進后的BM算法，針對改進后的BM算法提出了一種流水線結構的譯碼器實現方案并改進了該算法的實現結構，在譯碼器復雜度和譯碼延時上作了折衷，降低了譯碼器的復雜度并提高了譯碼器的最高工作頻率。在Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列FPGA上設計實現了RS(255,239)編譯碼器，證明了該方案的可行性。
上傳時間： 2013-06-11
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本文介紹了一個基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核設計。論文在闡述可編程邏輯器件及其發展趨勢的基礎上，探討了知識產權復用理念，MCU的復雜化設計以及數字信號傳輸與處理的速度要求。結合國內外對CPLD／FPGA的使用現狀，引出了在CPLD／FPGA上開發嵌入式模塊程序的理念并提出了設計實現方法和設計實例。課題的設計目標為開發一個基于CPLD／FPGA的USBIP模塊，實現開發板與PC機之間的USB通信。設計過程首先進行硬件設計，在FPGA開發板上開發擴展板；其次用ISE開發軟件進行FPGA數字化設計；在軟件開發完成后，將配置生成的比特流文件通過JTAG電纜下載到FPGA開發板上，實現FPGA開發板與PC機之間的通信。 該設計具有很高的實用性，它進一步擴大了可編程芯片的領地，將復雜專有芯片擠向高端和超復雜應用；它使得IP資源復用理念得到更普遍的應用；為基于FPGA的嵌入式系統設計提供了廣闊的思路。
上傳時間： 2013-07-05
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本課題首先研究了常規的RS譯碼器的算法，確定在關鍵方程的計算中采用一種新改進的BM算法，然后提出了基于復數基的有限域快速并行乘法器和利用冪指數相減進行除法計算的有限域除法器，通過這些優化方法提高了RS譯碼器的速度，減少了譯碼延時和硬件資源使用，最后利用VHDL硬件描述語言在FPGA上實現了流水線處理的RS(255,223)譯碼器。 本課題實現的RS(255,223)硬件譯碼器的性能在國內具有領先水平，對我國以后航天項目高速數據傳輸系統的設計有著很大的意義。
上傳時間： 2013-06-29
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本文對于全并行Viterbi譯碼器的設計及其FPGA實現方案進行了研究，并最終將用FPGA實現的譯碼器嵌入到某數字通信系統之中。 首先介紹了卷積碼及Viterbi譯碼算法的基本原理，并對卷積碼的糾錯性能進行了理論分析。接著介紹了Viterbi譯碼器各個模塊實現的一些經典算法，對這些算法的硬件結構設計進行優化并利用FPGA實現，而后在QuartusⅡ平臺上對各模塊的實現進行仿真以及在Matlab平臺上對結果進行驗證。最后給出Viterbi譯碼模塊應用在實際系統上的誤碼率測試性能結果。 測試結果表明，系統的誤碼率達到了工程標準的要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，同時所設計的基于FPGA實現的全并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的應用場合。
上傳時間： 2013-07-30
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數字電視近年來飛速發展，它最終取代模擬電視是一個必然趨勢。可編程邏輯技術以及EDA技術的升溫也帶來了電子系統設計的巨大變革。本論文將迅速發展的FPGA技術應用于數字電視系統中，研究探討了數字電視前端系統中的關鍵設備——傳輸流復用器的FPGA建模和實現，以及相關的關鍵技術。本論文首先介紹了數字電視的發展現狀和前景，概述了數字電視前端系統的組成結構與關鍵技術，以及可編程邏輯技術的發展和優勢。然后介紹了數字電視系統中的重要標準MPEG-2以及傳輸流復用器的原理和系統結構，并且從理論上闡述了復用器設計的關鍵技術：PSI重組和PCR調整。接著詳細說明了如何運用創新思路，采用獨特的硬件架構在一片FPGA上實現整個復用器的軟件和硬件系統的方案，并且舉例說明了復用器硬件邏輯設計中所運用的幾個FPGA設計技巧。最后對本文進行總結，并提出了數字電視系統中復用器設備未來發展的設想。本文中介紹的基于SOPC的硬件復用器設計方案，將系統的軟件和硬件集成在一款Altera公司新推出的低成本高密度cyclone系列FPGA上，并且將FPGA設計技巧運用于復用器的硬件邏輯設計中。整個設計方案不但簡化了系統設計，而且實現了穩定，高速，低成本，可擴展性強的復用器系統。
上傳時間： 2013-06-02
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本文探索了自主系統CPU設計方法和經驗，同時對80C51產品進行了必要的改進。 文章采用XILINX公司的Virtex-ⅡPro系列FPGA芯片，在相關EDA軟件平臺的支持下進行基于FPGA的8051芯片的設計。在已公開的8051源代碼的基礎上，對其中的程序存儲器、指令存儲器做了較大幅度的修改，增加了定時器、串行收發器的軟件編寫，VerilogHDL語句共6000余行(見附錄光盤)。在設計中筆者特別的注意了源代碼中組合邏輯循環的去除，時序設計中合理確定建立時間和保持時間，保證了工作頻率的提高(工作頻率由12MHz提高到約30MHz)，串行收發器的下載實驗驗證了該模塊頻率的提高。對設計高頻CPU提供了有益的借鑒。本文利用Modelsim進行了功能仿真和后仿真，利用Synplify進行了綜合，仿真和綜合結果達到了設計的預期要求，并為下載和組成系統作了準備工作(設計了外圍電路的PCB板圖)。
上傳時間： 2013-06-28
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隨著移動終端、多媒體、Internet網絡、通信，圖像掃描技術的發展，以及人們對圖象分辨率，質量要求的不斷提高，用軟件壓縮難以達到實時性要求，而且會帶來因傳輸大量原始圖象數據帶來的帶寬要求，因此采用硬件實現圖象壓縮已成為一種必然趨勢。而熵編碼單元作為圖像變換，量化后的處理環節，是圖像壓縮中必不可少的部分。研究熵編解碼器的硬件實現，具有廣闊的應用背景。本文以星載視頻圖像壓縮的硬件實現項目為背景，對熵編碼器和解碼器的硬件實現進行探討，給出了并行熵編碼和解碼器的實現方案。熵編解碼器中的難點是huffman編解碼器的實現。在設計并行huffman編碼方案時通過改善Huffman編碼器中變長碼流向定長碼流轉換時的控制邏輯,避免了因數據處理不及時造成數據丟失的可能性，從而保證了編碼的正確性。而在實現并行的huffman解碼器時，解碼算法充分利用了規則化碼書帶來的碼字的單調性，及在特定長度碼字集內碼字變化的連續性，將并行解碼由模式匹配轉換為算術運算，提高了存儲器的利用率、系統的解碼效率和速度。在實現并行huffman編碼的基礎上，結合針對DC子帶的預測編碼，針對直流子帶的游程編碼，能夠對圖像壓縮系統中經過DWT變換，量化，掃描后的數據進行正確的編碼。同時，在并行huffman解碼基礎上的熵解碼器也可以解碼出正確的數據提供給解碼系統的后續反量化模塊，進一步處理。在本文介紹的設計方案中，按照自頂向下的設計方法，對星載圖像壓縮系統中的熵編解碼器進行分析，進而進行邏輯功能分割及模塊劃分，然后分別實現各子模塊，并最終完成整個系統。在設計過程中，用高級硬件描述語言verilogHDL進行RTL級描述。利用了Altera公司的QuartusII開發平臺進行設計輸入、編譯、仿真，同時還采用modelsim仿真工具和symplicity的綜合工具，驗證了設計的正確性。通過系統波形仿真和下板驗證熵編碼器最高頻率可以達到127M，在62.5M的情況下工作正常。而熵解碼器也可正常工作在62.5M，吞吐量可達到2500Mbps，也能滿足性能要求。仿真驗證的結果表明：設計能夠滿足性能要求，并具有一定的使用價值。
上傳時間： 2013-05-19
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逆變控制器的發展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統，并從數模混合電路過渡到純數字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現技術，依次對專用芯片的系統功能劃分，硬件算法，全系統的硬件設計及優化，流水線操作和并行化，芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續時間和離散時間的數學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環電壓外環雙閉環控制系統的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統具有很好的動、靜態性能，并且具有自動限流功能，提高了系統的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規格，完成了器件選型及相關的開發環境和工具的選取。然后系統闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發流程。在此基礎上，進行了芯片系統功能劃分，針對：DDS標準正弦波發生器，電壓電流雙環控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發生器，死區控制器，數據流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數字鎖相環的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統鎖相系統中的環路濾波，用相位累加器實現數控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數字鎖相環（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優化問題，并針對逆變器控制系統中，控制系統算法呈多層結構，且層與層之間還有數據流聯系，其執行順序和數據流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統的流水線優化設計問題。本文最后對芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩態”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
上傳時間： 2013-05-28
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