在很多高精度計(jì)算場(chǎng)合需要采用浮點(diǎn)運(yùn)算。過(guò)去用門電路進(jìn)行各種運(yùn)算通常為定點(diǎn)運(yùn)算，但其計(jì)算精度有限。隨著現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣（FPGA）的迅速發(fā)展，可以采用FPGA實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算。 本文首先介紹定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)的格式，完成基于FPGA的幾種常用浮點(diǎn)運(yùn)算器的VHDL設(shè)計(jì)，包括浮點(diǎn)數(shù)與定點(diǎn)數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換，浮點(diǎn)加法器、減法器、乘法器以及除法器。在這些浮點(diǎn)運(yùn)算單元電路中采用多級(jí)流水線技術(shù)，并在某些方面優(yōu)化算法，提高了運(yùn)算器的性能。在此基礎(chǔ)上討論浮點(diǎn)運(yùn)算器的應(yīng)用，通過(guò)調(diào)用自主開發(fā)的浮點(diǎn)乘、加模塊設(shè)計(jì)浮點(diǎn)FIR濾波器，并將其應(yīng)用于正交中頻采樣，結(jié)果表明浮點(diǎn)運(yùn)算的正交中頻采樣可以得到更高的鏡頻抑制比。最后應(yīng)用浮點(diǎn)運(yùn)算模塊設(shè)計(jì)浮點(diǎn)FFT處理器，在FPGA中實(shí)現(xiàn)高精度的FFT處理。
標(biāo)簽： FPGA 浮點(diǎn)運(yùn)算器
上傳時(shí)間： 2013-05-20
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傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)采用的大多是專用的封閉式結(jié)構(gòu)，它能提供給用戶的選擇有限，用戶無(wú)法對(duì)現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備的功能進(jìn)行修改以滿足自己的特殊要求；各種廠商提供給用戶的操作方式各不相同，用戶在培訓(xùn)人員、設(shè)備維護(hù)等方面要投入大量的時(shí)間和資金。這些問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了CNC制造商、系統(tǒng)集成者和用戶采用快速而有創(chuàng)造性的方法解決當(dāng)今制造環(huán)境中數(shù)控加工和系統(tǒng)集成中的問(wèn)題。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)正朝向柔性化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)已存在的問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，本文致力于建立一個(gè)適合現(xiàn)場(chǎng)加工特征的開放結(jié)構(gòu)數(shù)控平臺(tái)，使系統(tǒng)具備軟硬件可重構(gòu)的柔性特征，同時(shí)把監(jiān)控診斷和網(wǎng)絡(luò)模塊融入數(shù)控系統(tǒng)的框架體系之內(nèi)，滿足智能化和網(wǎng)絡(luò)化的要求。 本文在深入研究嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入可重構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，選擇具體的硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)進(jìn)行嵌入式可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)的研發(fā)。硬件結(jié)構(gòu)以MOTOROLA的高性能32位嵌入式處理器MC68F375和ALTERA的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片為核心，配以系統(tǒng)所需的外圍模塊；軟件系統(tǒng)以性能卓越的VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為核心，開發(fā)所需要的應(yīng)用軟件，將VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)擴(kuò)展為一個(gè)完整、實(shí)用的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有可靠性高、穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且具有良好的可移植性和軟硬件可裁減性，便于根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行功能的擴(kuò)展和重構(gòu)。 本論文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微處理器MC68F375為核心的主控制板的硬件電路設(shè)計(jì)，以及存儲(chǔ)、采集、通訊和網(wǎng)絡(luò)等模塊的設(shè)計(jì)。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重構(gòu)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出基于FPGA的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)床IO控制、鍵盤陣列和液晶顯示控制等接口模塊電路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在硬件平臺(tái)上的移植和任務(wù)調(diào)度原理，合理分配控制系統(tǒng)的管理任務(wù)，開發(fā)系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。 最后，本文總結(jié)了系統(tǒng)的開發(fā)工作，并對(duì)嵌入式可重構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提出了自己的一些想法，以指引后續(xù)研究工作。
標(biāo)簽： 嵌入式 可重構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在傳統(tǒng)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，糾錯(cuò)編碼與調(diào)制是各自獨(dú)立設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的，譯碼與解調(diào)也是如此。80年代初，Ungerboeck根據(jù)調(diào)制解調(diào)與糾錯(cuò)編碼的特點(diǎn)，提出了一種新的思想，稱作網(wǎng)格編碼調(diào)制，記為TCM。它是將調(diào)制解調(diào)與糾錯(cuò)編碼當(dāng)成一個(gè)整體來(lái)設(shè)計(jì)。它的中心思想是：采用編碼方法將信號(hào)空間做最佳分割，使已調(diào)信號(hào)矢量端點(diǎn)間有最大的距離。這樣就可以在相同發(fā)射功率、相同有效性的條件下提高信息傳輸?shù)目煽啃裕貏e適用于頻帶受限和功率受限信道。它在衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信中的應(yīng)用又使它成為研究熱點(diǎn)。 本文介紹了TCM編碼調(diào)制的基本原理，在此基礎(chǔ)上提出了一種新的TCM編碼的方法；介紹了卷積碼Viterbi譯碼的基本原理和步驟，在此基礎(chǔ)上分析了TCM的Viterbi譯碼的特點(diǎn)；研究了TCM在高斯白噪聲條件下的誤碼性能及其編碼增益，并在MATLAB上仿真來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證；介紹了數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的基本方法和流程，在此基礎(chǔ)上介紹了基于FPGA的TCM系統(tǒng)的各個(gè)模塊。
標(biāo)簽： FPGA 網(wǎng)格編碼 調(diào)制技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-07-26
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FPGA是一種可通過(guò)用戶編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字電路的集成電路器件。用FPGA設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)有設(shè)計(jì)靈活、低成本，低風(fēng)險(xiǎn)、面市時(shí)間短等好處。本課題在結(jié)合國(guó)際上FPGA器件方面的各種研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)FPGA器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的探討，重點(diǎn)對(duì)FPGA的互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與優(yōu)化。FPGA器件速度和面積上相對(duì)于ASIC電路的不足很大程度上是由可編程布線結(jié)構(gòu)造成的，F(xiàn)PGA一般用大量的可編程傳輸管開關(guān)和通用互連線段實(shí)現(xiàn)門器件的連接，而全定制電路中僅用簡(jiǎn)單的金屬線實(shí)現(xiàn)，傳輸管開關(guān)帶來(lái)很大的電阻和電容參數(shù)，因而速度要慢于后者。這也說(shuō)明，通過(guò)優(yōu)化可編程連接方式和布線結(jié)構(gòu)，可大大改善電路的性能。本文研究了基于SRAM編程技術(shù)的FPGA器件中邏輯模塊、互連資源等對(duì)FPGA性能和面積的影響。論文中在介紹FPGA器件的體系構(gòu)架后，首先對(duì)開關(guān)矩陣進(jìn)行了研究，結(jié)合Wilton開關(guān)矩陣和Disioint開關(guān)矩陣的特點(diǎn)，得到一個(gè)連接更加靈活的開關(guān)矩陣，提高了FPGA器件的可布線性，接著本課題中又對(duì)通用互連線長(zhǎng)度、通用互連線間的連接方式和布線通道的寬度等進(jìn)行了探討，并針對(duì)本課題中的FPGA器件，得出了一套適合于中小規(guī)模邏輯器件的通用互連資源結(jié)構(gòu)，仿真顯示新的互連方案有較好的速度和面積性能，在互連資源的面積和性能上達(dá)到一個(gè)很好的折中。 接下來(lái)課題中對(duì)FPGA電路的可編程邏輯資源進(jìn)行了研究，得到了一種邏輯規(guī)模適中的粗粒度邏輯塊簇，該邏輯塊簇采用類似Xilinx 公司的FPGA產(chǎn)品的LUT加觸發(fā)器結(jié)構(gòu)，使邏輯塊簇內(nèi)部基本邏輯單元的聯(lián)系更加緊密，提高了邏輯資源的功能和利用率。隨后我們還研究了IO模塊數(shù)目的確定和分布式SRAM結(jié)構(gòu)中編程電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并簡(jiǎn)單介紹了SRAM單元的晶體管級(jí)設(shè)計(jì)原理。最后，在對(duì)FPGA構(gòu)架研究基礎(chǔ)上，完成了一款FPGA電路的設(shè)計(jì)并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路測(cè)試方案，該課題結(jié)合CETC58研究所的一個(gè)重要項(xiàng)目進(jìn)行，目前已成功通過(guò)CSMC0.6μm 2P2M工藝成功流片，測(cè)試結(jié)果顯示其完全達(dá)到了預(yù)期的性能。
標(biāo)簽： SRAM FPGA 器件設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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8051處理器自誕生起近30年來(lái)，一直都是嵌入式應(yīng)用的主流處理器，不同規(guī)模的805l處理器涵蓋了從低成本到高性能、從低密度到高密度的產(chǎn)品。該處理器極具靈活性，可讓開發(fā)者自行定義部分指令，量身訂制所需的功能模塊和外設(shè)接口，而且有標(biāo)準(zhǔn)版和經(jīng)濟(jì)版等多種版本可供選擇，可讓設(shè)計(jì)人員各取所需，實(shí)現(xiàn)更高性價(jià)比的結(jié)構(gòu)。如此多的優(yōu)越性使得8051處理器牢固地占據(jù)著龐大的應(yīng)用市場(chǎng)，因此研究和發(fā)展8051及與其兼容的接口具有極大的應(yīng)用前景。在眾多8051的外設(shè)接口中，I2C總線接口扮演著重要的角色。通用的12C接口器件，如帶12C總線的RAM，ROM，AD／DA，LCD驅(qū)動(dòng)器等，越來(lái)越多地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)中。因此，本論文的根本目的就是針對(duì)如何在8051內(nèi)核上擴(kuò)展I2C外設(shè)接口進(jìn)行較深入的研究。 本課題項(xiàng)目采用可編程技術(shù)來(lái)開發(fā)805l核以及12C接口。由于8051內(nèi)核指令集相容，我們能借助在現(xiàn)有架構(gòu)方面的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮現(xiàn)有的大量代碼和工具的優(yōu)勢(shì)，較快地完成設(shè)計(jì)。在8051核模塊里，我們主要實(shí)現(xiàn)中央處理器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等七大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，這些都是標(biāo)準(zhǔn)8051核所具有的模塊。在其之上我們?cè)偾度?2C的串行通信模塊，采用自下而上的方法，逐次實(shí)現(xiàn)一位的收發(fā)、一個(gè)字節(jié)的收發(fā)、一個(gè)命令的收發(fā)，直至實(shí)現(xiàn)I2C的整個(gè)通信協(xié)議。 8051核及I2C總線的研究通過(guò)可編程邏輯器件和一塊外圍I2C從設(shè)備TMPl01來(lái)驗(yàn)證。本課題的最終目的是可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)的8051核成功并高效地控制擴(kuò)展的12C接口與從設(shè)備TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片開發(fā)的12C接口，數(shù)據(jù)的傳輸速率由該芯片嵌入8051微處理的時(shí)鐘頻率決定。經(jīng)測(cè)試其傳輸速率可達(dá)普通速率和快速速率。 目前集成了該12C接口的8051核已經(jīng)在工作中投入使用，主要用于POS設(shè)備的用戶數(shù)據(jù)加密及對(duì)設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)控制。雖然該設(shè)備尚未大批量投產(chǎn)，但它已成功通過(guò)PCI(PaymentCardIndustry)協(xié)會(huì)認(rèn)證。
標(biāo)簽： FPGA 8051 I2C 內(nèi)核
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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本論文來(lái)自于863項(xiàng)目基于光互連自組織內(nèi)存服務(wù)體系(簡(jiǎn)稱MemoryBox)。本文主要研究Memory Box系統(tǒng)中基于可重配置計(jì)算架構(gòu)，軟硬件攜同設(shè)計(jì)方法，在XILINX VIRTEX 2 Pro FPGA上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)是Memory Box工作的平臺(tái)，所以硬件應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性、靈活性，軟件應(yīng)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。在硬件平臺(tái)選型時(shí)，我們選擇的是基于高性能Xilinx VIRTEX2 Pro的自制開發(fā)板。嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)平臺(tái)選用的是Xilinx EDK、ISE。內(nèi)核移植所用的交叉開發(fā)工具鏈為powerpc-405-linux-gnu。該交叉開發(fā)工具鏈工作在Red Hat Enterprise LINUX．AS 4平臺(tái)下。 本論文主要包括三部分工作：首先是硬件設(shè)計(jì)，其核心是EDK和ISE設(shè)計(jì)的SOPC工程；然后是嵌入式LINUX內(nèi)核移植與調(diào)試；最后完成存儲(chǔ)管理軟件的設(shè)計(jì)。完全用硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的各種存儲(chǔ)管理功能極其困難。而通過(guò)移植內(nèi)核，存儲(chǔ)管理軟件以運(yùn)行在Linux內(nèi)核上的應(yīng)用軟件的形式實(shí)現(xiàn)了其功能。存儲(chǔ)管理軟件要解決共享沖突，負(fù)載均衡，遠(yuǎn)程內(nèi)存與本地內(nèi)存的地址一致性以及對(duì)海量?jī)?nèi)存陣列的重新編址等問(wèn)題，設(shè)計(jì)出較完善的Memory Box的存儲(chǔ)管理模型。
標(biāo)簽： FPGA 嵌入式系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-11
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近年來(lái)，人們對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的需求迅猛增加，促進(jìn)了寬帶無(wú)線通信新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種高速寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中。然而 OFDM 系統(tǒng)相比單載波系統(tǒng)更容易受到頻偏和時(shí)偏的影響，因此如何有效地消除頻偏和時(shí)偏，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)頻同步是 OFDM 系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的技術(shù)。 本文討論了非同步對(duì) OFDM 系統(tǒng)的影響，分析了當(dāng)前用于 OFDM 系統(tǒng)中基于數(shù)據(jù)符號(hào)的同步算法，并簡(jiǎn)單介紹非基于數(shù)據(jù)符號(hào)同步技術(shù)。基于數(shù)據(jù)符號(hào)的同步技術(shù)通過(guò)加入訓(xùn)練符號(hào)或?qū)ьl等附加信息，并利用導(dǎo)頻或訓(xùn)練符號(hào)的相關(guān)性實(shí)現(xiàn)時(shí)頻同步。此算法由于加入了附加信息，降低了帶寬利用率，但同步精度相對(duì)較高，同步捕獲時(shí)間較短。 隨著電子芯片技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技術(shù)和可編程邏輯芯片 (FPGA/CPLD) 的應(yīng)用越來(lái)越受到大家的重視，為此文中對(duì) EDA 技術(shù)和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，還介紹了在相關(guān)軟件平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)的系統(tǒng)流程。 論文在對(duì)基于數(shù)據(jù)符號(hào)三種算法進(jìn)行較詳細(xì)的分析和研究的基礎(chǔ)上，尤其改進(jìn)了基于導(dǎo)頻符號(hào)的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了 OFDM 同步的硬件設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了軟件仿真。其中對(duì)基于導(dǎo)頻符號(hào)同步的改進(jìn)算法硬件設(shè)計(jì)過(guò)程了進(jìn)行了詳細(xì)闡述。不僅如此，對(duì)于基于 PN 序列幀的同步算法和基于循環(huán)前綴 (Cycle Prefix，CP) 的極大似然 (Maximam Likelihood,ML)估計(jì)同步算法也有具體的仿真實(shí)現(xiàn)。 最后，文章還對(duì)它們進(jìn)行了比較，基于導(dǎo)頻符號(hào)同步設(shè)計(jì)的同步精度比較高，但是耗費(fèi)芯片的資源多，另一個(gè)缺點(diǎn)是沒(méi)有頻偏估計(jì)，因此運(yùn)用受到一定限制。基于 PN 序列幀的同步設(shè)計(jì)使用了最少的芯片資源，但要提取 PN 序列中的信號(hào)數(shù)據(jù)有一定困難。基于循環(huán)前綴的同步設(shè)計(jì)占用了芯片 I/O 腳稍顯多。這幾種同步算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但可以根據(jù)不同的信道環(huán)境選用它們。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)據(jù) 同步的 仿真實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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多相濾波器主要應(yīng)用于脈沖多普勒雷達(dá)、通信寬帶數(shù)字接收機(jī)、雷達(dá)自適應(yīng)波束形成等信號(hào)處理領(lǐng)域。在多普勒雷達(dá)信號(hào)處理中國(guó)內(nèi)外關(guān)于FIR濾波器設(shè)計(jì)研究的報(bào)道較多，而對(duì)于IIR濾波器的設(shè)計(jì)研究相對(duì)較少，原因是IIR多相濾波器的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，使得IIR濾波器在多普勒雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理中難以發(fā)揮重要作用。本文以脈沖多普勒雷達(dá)信號(hào)處理為背景，主要研究數(shù)字多相濾波器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法；進(jìn)而研究數(shù)字多相濾波器的數(shù)字仿真方法與FPGA實(shí)現(xiàn)技術(shù)。對(duì)于自主研究、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)處理的各種結(jié)構(gòu)的濾波器具有重要的意義。 本文討論了FIR數(shù)字濾波器和IIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)和區(qū)別。對(duì)IIR濾波器的多相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析，重點(diǎn)研究了IIR多相濾波器的設(shè)計(jì)原理。根據(jù)此原理進(jìn)行IIR濾波器的多相設(shè)計(jì)并擴(kuò)展到多通道和多級(jí)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本文研究的多普勒雷達(dá)回波信號(hào)需要四通道處理的要求搭建軟件仿真模型，對(duì)所設(shè)計(jì)的2級(jí)4通道IIR多相濾波器組進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，給出仿真結(jié)果，并進(jìn)行了討論。 在完成2級(jí)4通道IIR多相濾波器組的軟件仿真后，利用FPGA設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)該IIR多相濾波器組進(jìn)行了設(shè)計(jì)仿真和綜合實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中進(jìn)行了功能仿真和時(shí)序仿真兩級(jí)仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明在模擬硬件環(huán)境中所設(shè)計(jì)的2級(jí)4通道IIR多相濾波器組能夠較好地實(shí)現(xiàn)多普勒雷達(dá)回波信號(hào)多通道的劃分和濾波功能要求，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)思路和方法的正確性和可行性。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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JPEG是聯(lián)合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網(wǎng)絡(luò)程序中。 動(dòng)態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復(fù)質(zhì)量高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，本課題就是針對(duì)這兩個(gè)方面的要求展開的研究。該系統(tǒng)由圖像編碼服務(wù)器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務(wù)器端實(shí)時(shí)采集攝像頭傳送的動(dòng)態(tài)圖像，進(jìn)行JPEG編碼，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經(jīng)過(guò)JPEG解碼，恢復(fù)出原始圖像送VGA顯示。設(shè)計(jì)結(jié)果完全達(dá)到了實(shí)時(shí)性的要求。 本文從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā)，首先分析了系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，介紹FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及它的設(shè)計(jì)流程和指導(dǎo)原則；然后從JPEG圖像壓縮技術(shù)發(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)高壓縮比高質(zhì)量圖像處理的原理；針對(duì)FPGA在算法實(shí)現(xiàn)上的特點(diǎn)，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設(shè)計(jì)了基于改進(jìn)的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發(fā)生頻率進(jìn)行優(yōu)化的霍夫曼查找表結(jié)構(gòu)，并且從系統(tǒng)整體上對(duì)JPEG編解碼進(jìn)行簡(jiǎn)化，以提高系統(tǒng)的處理性能。最后，通過(guò)分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據(jù)SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸轉(zhuǎn)變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統(tǒng)中，由Nios嵌入式軟核的控制下運(yùn)行，在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)整個(gè)JPEG實(shí)時(shí)圖像編解碼系統(tǒng)(soc)。 在FPGA上實(shí)現(xiàn)硬件模塊化的JPEG算法，具有造價(jià)低功耗低，性能穩(wěn)定，圖像恢復(fù)后質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，適用于精度要求高且需要對(duì)圖像進(jìn)行逐幀處理的遠(yuǎn)程微小目標(biāo)識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)中以及廣電系統(tǒng)中前期的非線性編輯工作以及數(shù)字電影的動(dòng)畫特技制作，對(duì)降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)在FPGA上實(shí)現(xiàn)JPEG編解碼，進(jìn)一步探索FPGA在數(shù)字圖像處理上的優(yōu)勢(shì)所在，深入了解進(jìn)行此類硬件模塊設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)，是本課題的重要學(xué)術(shù)意義所在。
標(biāo)簽： FPGA JPEG 實(shí)時(shí)圖像 編解碼
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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當(dāng)今電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以大規(guī)模FPGA為物理載體的系統(tǒng)芯片的設(shè)計(jì)，基于FPGA的片上系統(tǒng)可稱為可編程片上系統(tǒng)(SOPC)。SOPC的設(shè)計(jì)是以知識(shí)產(chǎn)權(quán)核(IPCore)為基礎(chǔ)，以硬件描述語(yǔ)言為主要設(shè)計(jì)手段，借助以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的EDA工具進(jìn)行的。 本文在介紹了FPGA與SOPC相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，給出了SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的方案。在分析設(shè)計(jì)軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發(fā)軟件進(jìn)行SOPC(System On a Programmable Chip)設(shè)計(jì)流程后，依據(jù)調(diào)制解調(diào)算法提出了一種基于DSP Builder調(diào)制解調(diào)器的SOPC實(shí)現(xiàn)方案，模塊化的設(shè)計(jì)方法大大縮短了調(diào)制解調(diào)器的開發(fā)周期。 在SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的過(guò)程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調(diào)用Altera DSP Builder和其他Simulink庫(kù)中的圖形模塊(Block)進(jìn)行系統(tǒng)建模，在Simulink中仿真通過(guò)后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉(zhuǎn)化成通用的硬件描述語(yǔ)言VHDL文件，從而避免了VHDL語(yǔ)言手動(dòng)編寫系統(tǒng)的煩瑣過(guò)程，將精力集中于算法的優(yōu)化上。 基于DSP Builder的開發(fā)功能，調(diào)制解調(diào)器電路中的低通濾波器可直接調(diào)用FIRIP Core，進(jìn)一步提高了開發(fā)效率。 在進(jìn)行編譯、仿真調(diào)試成功后，經(jīng)過(guò)QuartusⅡ?qū)⒕幾g生成的編程文件下載到ALTERA公司Cyclone Ⅱ系列的FPGA芯片EP2C5F256C6，完成器件編程，從而給出了一種調(diào)制解調(diào)器的SOPC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。
標(biāo)簽： FPGA 調(diào)制解調(diào)器
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