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計算機硬件

基于FPGA的機載二次雷達硬件系統

二次雷達(Secondary Surveillance Radar)是民航空中管制(Air Traffic Control)和軍事敵我識別(Identification Friend or Foe)系統中的關鍵部分,由于這兩個應用領域都要求很高的可靠性和穩定性,因此,二次雷達一直是國內外雷達信號處理領域的研究熱點.傳統的機載二次雷達應答器普遍采用中小規模集成電路和分立元件設計,其穩定性和可靠性差,實時處理能力也很有限,無法完成高密度、大容量的應答.針對這些缺陷,本論文提出一種全新的應答數字信號處理器硬件結構,即FPGA+DSP的混合結構.這種硬件體系結構的特點是可靠性高,集成度高,通用性強,適于模塊化設計,處理速度快,能實時處理多個應答信號,以及進行置信度分析和生成報表.此項目中,本文作者主要負責FPGA部分硬件設計.FPGA主要完成雙通道數據采集、產生視頻信號和旁瓣抑制信號、計算當前飛機相對本地接收天線的方位和距離、與DSP實時交換數據、上傳報表等功能.論文詳細分析了接收機信號處理算法在FPGA中的硬件實現方案,在提高系統可靠性、堅固性以及FPGA資源的合理利用方面做了深入的探討.同時給出不同層次關鍵模塊的HDL實現及其時序仿真結果.

標簽： FPGA 機載二次雷達硬件系統

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：西伯利亞狼
硬件電路設計與實踐

硬件電路設計與實踐硬件電路設計與實踐硬件電路設計與實踐硬件電路設計與實踐

標簽： 硬件電路設計實踐

上傳時間： 2013-06-19

上傳用戶：jjj0202
指紋識別算法的研究及基于FPGA的硬件實現

隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。

標簽： FPGA 指紋識別法的研究硬件實現

上傳時間： 2013-07-28

上傳用戶：hxy200501
二維離散小波變換的FPGA實現

小波變換是一種新興的理論，是數學發展史上的重要成果。它無論對數學還是對工程應用都產生了深遠的影響。最新的靜態圖像壓縮標準JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。本文首先較為詳細地分析了小波變換的理論基礎，對多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器，并引入了一個新的LS97小波。該小波系數簡單、易于硬件實現，并且與CDF97小波有很好的兼容性，可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試，結果表明這兩個小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后，本文設計了二維離散小波變換的硬件結構。設計過程中對標準二維小波變換做了優化，即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計算，這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式來優化設計。對于邊界數據的處理，本文采用了嵌入式對稱延拓技術，不需要額外的緩存，節約了硬件資源。為提高硬件利用率，本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統一起來，只要一個控制信號就可實現兩者之間的轉換。本文所提出的結構采用基于行的變換方式，只需要六行中間數據即可完成全部行數據的小波變換。采用流水線技術提高了整個設計的運行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實現結構。在完成硬件結構設計的基礎上，使用Verilog硬件描述語言對整個設計進行了完全可綜合的RTL級描述，采用同步設計，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發軟件ISE6.3i中對正反小波變換做了仿真和實現，結果表明，本設計能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換，可以滿足各種實時性要求。

標簽： FPGA 二維離散小波變換

上傳時間： 2013-07-25

上傳用戶：sn2080395
基于DSP和FPGA的自動指紋識別系統硬件設計與實現

隨著計算機與信息技術的發展，生物特征識別技術受到了廣泛的關注。指紋識別是生物特征識別中的一項重要內容，一直以來是國內外的研究熱點。嵌入式自動指紋識別是指指紋識別技術在嵌入式系統上的應用。傳統的嵌入式自動指紋識別系統多采用單片DSP或MIPS處理器來完成算法，由于DSP或MIPS處理器只能根據程序順序執行，在指紋匹配過程中只能和整個庫中的指紋進行一一匹配，因此這類系統在處理較大指紋庫時下匹配時間相當長。為了克服這個缺點，本文構建了浮點DSP和FPGA協同處理構架的硬件平臺，充分利用DSP在計算上的精確度和FPGA并行處理的特點，由DSP和FPGA共同處理匹配算法。本文的主要工作如下： 1．設計了一個硬件系統，包括DSP處理器、FPGA、指紋傳感器、人機交互接口和USB1.1接口。同時，還設計了各硬件模塊的驅動程序，為應用程序提供控制接口。由于系統中DSP工作頻率為300MHz，其中某些器件的工作頻率達到了100MHz，因此本文還給出了一些信號完整性分析和PCB設計經驗。 2．編寫了Verilog程序，在FPGA中實現了9路指紋的并行匹配。由于FPGA本身的局限性，實現原有匹配算法有很大困難。在簡化原有匹配算法的基礎上本文提出了便于FPGA實現“粗匹配”算法。此外，還設計了用于和DSP通信的接口模塊設計。 3．完成了系統應用程序設計。在使用uC/OS-Ⅱ實時操作系統的基礎上設計了各系統任務，通過調用驅動程序控制和協調各硬件模塊，實現了自動指紋識別功能。為了便于存放指紋特征信息，設計了指紋庫數據結構，實現了指紋庫添加、刪除、編輯的功能。最終，本系統實現了高效、快速的進行指紋識別，各模塊工作穩定。同時，模塊化的軟硬件設計使本系統便于進行二次開發，快速應用于各種場合。

標簽： FPGA DSP 自動指紋識別系統

上傳時間： 2013-06-05

上傳用戶：guanliya
基于ARM核嵌入式系統的AES算法優化

本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統的開發著手，研究了AES算法的設計原則、數學知識、整體結構、算法描述以及AES存住的優點利局限性。針對ARM核的體系結構及特點，對AES算法進行了優化設計，提出了從AES算法本身和其結構兩個方面進行優化的方法，在算法本身優化方面是把加密模塊中的字節替換運算、列混合運算和解密模塊中的逆列混合運算中原來的復雜的運算分別轉換為簡單的循環移位、乘和異或運算。在算法結構優化方面是在輸入輸山接口上采用了4個32位的寄存器對128bits數據進行了并行輸入并行輸出的優化設計；在密鑰擴展上的優化設計是采用內部擴展，即在進行每一輪的運算過程的同時算出下一輪的密鑰，并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里，使得密鑰擴展與加/解密運算并行執行；加密和解密優化設計是將輪函數查表操作中的四個操作表查詢工作合并成一個操作表查詢工作，同時為了使加密代碼在解密代碼中可重用，節省硬件資源，在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。根據上述的優化設計，基于ARM核嵌入式系統的ADS開發環境，提出了AES實現的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實現方案以及測試方案，總結了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規則，在集成開發環境下對算法進行了實現，分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結果，并得劍了正確驗證。在性能測試的過程中應用編譯器的優化選項和其它優化技巧優化了算法，使算法具有較高的加密速度。

標簽： ARM AES 嵌入式系統算法優化

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：liansi
基于ARM嵌入式系統的GPS接收機設計

由于全球定位系統在航天、航空、航海、海洋上程、大地測量、陸地導航以及軍事上的大量運用及其廣闊的應用前景，使得GPS接收機系統成為國內外相關領域競相研究的對象。GPS系統的用戶部分主要是各種型號的GPS接收機。所以GPS接收機中的微處理器的運算能力和功耗直接影響整機的性能。本文所研究的是基于ARM微處理器和μC/OS—Ⅱ的嵌入式系統開發及其在GPS接收機中的應用。介紹了OPS接收機設計原理，分析了接收機硬件模塊的組成和功能，設計了由FPGA和ARM完成基帶信號處理及導航解算的接收機，建立了基于ARM和μC/OS—Ⅱ的GPS接收機嵌入式硬件開發平臺。研究了嵌入式實時操作系統μC/OS—Ⅱ，分析了其內核的組成結構：與處理器無關代碼、處理器相關代碼、與應用相關代碼，并重點分析和配置了其中與處理器相關和與應用相關的代碼部分，最終將其成功移植到ARM LPC2290微處理器上。建立了基于ARM LPC2290和μC/OS—Ⅱ的嵌入式系統軟件編譯和調試的交叉環境，設計了運行在此環境下的中斷和多任務來實現接收機信號處理、導航解算及顯示等功能，最終完成了基于ARM和μC/OS—Ⅱ的GPS接收機軟應用件設計。總之，本文從研究嵌入式系統的軟、硬件設計及其應用著手，掌握了嵌入式系統開發的核心技術，研制了基于ARM嵌入式開發平臺的GPS接收機。

標簽： ARM GPS 嵌入式系統收機設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：buffer
基于FPGA的FFT數字處理器的硬件實現

DFT(Discrete Fourier Transformation)是數字信號分析與處理如圖形、語音及圖像等領域的重要變換工具,直接計算DFT的計算量與變換區間長度N的平方成正比.當N較大時,因計算量太大,直接用DFT算法進行譜分析和喜好的實時處理是不切實際的.快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,簡稱FFT)使DFT運算效率提高1~2個數量級.本文的目的就是研究如何應用FPGA這種大規模可編程邏輯器件實現FFT的算法.本設計主要采用先進的基-4DIT算法研制一個具有實用價值的FFT實時硬件處理器.在FFT實時硬件處理器的設計實現過程中,利用遞歸結構以及成組浮點制運算方式,解決了蝶形計算、數據傳輸和存儲操作協調一致問題.合理地解決了位增長問題.同時,采用并行高密度乘法器和流水線(pipeline)工作方式,并將雙端口RAM、只讀ROM全部內置在FPGA芯片內部,使整個系統的數據交換和處理速度得以很大提高,實際合理地解決了資源和速度之間相互制約的問題.本設計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設計,由于在設計中采用Xilinx公司提供的稱為Core的IP功能塊極大地提高了設計效率.

標簽： FPGA FFT 數字處理器硬件實現

上傳時間： 2013-06-20

上傳用戶：小碼農lz
Turbo碼編譯器FPGA設計與實現

1993年，Turbo碼的提出，以其接近Shannon極限的優異的性能在編碼界引起了轟動，并成為研究的熱點。隨著研究的不斷深入和技術的發展，目前，Turbo碼已經應用到很多實際通信系統中。同時，如何實現Turbo碼編譯碼器成為了人們研究的重點。論文以基于FPGA實現Turbo碼編譯碼器為研究目標，首先分析了Turbo碼的基本編譯碼原理和3GPP標準的Turbo碼編碼結構。然后分析了MAP譯碼算法，Log-MAP譯碼算法和Max-Log-MAP譯碼算法，接著仔細分析了對系統性能影響的各個參數并逐一進行選擇，最后對各個選擇的系統進行仿真，對仿真的結果進行比較論證，確定滿足系統性能要求的各個參數。論文在系統仿真分析論證的基礎之上，進行了Turbo碼編碼器的設計實現和硬件測試，選擇Max-Log-MAP譯碼算法進行了Turbo碼譯碼器的FPGA設計實現和硬件測試。最后完成整個通信系統的搭建和調試。主要針對FPGA實現的數據量化、定點數據表示方式、Max-Log-MAP算法子譯碼器關鍵運算單元的FPGA設計和譯碼的時序控制進行了深入研究，完成了固定譯碼長度的Turbo碼譯碼器的FPGA設計實現，并利用ModelSim和MATLAB分別對譯碼器進行了時序功能驗證和FPGA定點仿真測試。

標簽： Turbo FPGA 編譯器

上傳時間： 2013-05-30

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基于DSPFPGA的圖像處理電路板硬件設計

波前處理機是自適應光學系統中實時信號處理和運算的核心，隨著自適應光學系統得發展，波前傳感器的采樣頻率越來越高，這就要求波前處理機必須有更強的數據處理能力以保證系統的實時性。在整個波前處理機的工作流程中，對CCD傳來的實時圖像數據進行實時處理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保證圖像處理的實時性，那么后續的處理過程都無從談起。因此，研制高性能的圖像處理平臺，對波前處理機性能的提高具有十分重要的意義。論文介紹了本研究課題的背景以及國內外圖像處理技術的應用和發展狀況，接著介紹了傳統的專用和通用圖像處理系統的結構、特點和模型，并通過分析DSP芯片以及DSP系統的特點，提出了基于DSP和FPGA芯片的實時圖像處理系統。該系統不同于傳統基于PC機模式的圖像處理系統，發揮了DSP和FPGA兩者的優勢，能更好地提高圖像處理系統實時性能，同時也最大可能地降低成本。論文根據圖像處理系統的設計目的、應用需求確定了器件的選型。介紹了主要的器件，接著從系統架構、邏輯結構、硬件各功能模塊組成等方面詳細介紹了DSP+FPGA圖像處理系統硬件設計，并分析了包括各種參數指標選擇、連接方式在內的具體設計方法以及應該注意的問題。論文在闡述傳輸線理論的基礎上，在制作PCB電路板的過程中，針對高速電路設計中易出現的問題，詳細分析了高速PCB設計中的信號完整性問題，包括反射、串擾等，說明了高速PCB的信號完整性、電源完整性和電磁兼容性問題及其解決方法，進行了一定的理論和技術探討和研究。論文還介紹了基于FPGA的邏輯設計，包括了圖像采集模塊的工作原理、設計方案和SDRAM控制器的設計，介紹了SDRAM的基本操作和工作時序，重點闡述系統中可編程器件內部模塊化SDRAM控制器的設計及仿真結果。論文最后描述了硬件系統的測試及調試流程，并給出了部分的調試結果。該系統主要優點有：實時性、高速性。硬件設計的執行速度，在高速DSP和FPGA中實現信號處理算法程序，保證了系統實時性的實現；性價比高。自行研究設計的電路及硬件系統比較好的解決了高速實時圖像處理的需求。

標簽： DSPFPGA 圖像處理電路板硬件設計

上傳時間： 2013-04-24

上傳用戶：firstbyte