ASIC對產品成本和靈活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有較高的靈活性和較低的成本,然而抗干擾性和可靠性相對較低,運算速度也受到限制.常規ASIC的硬件具有速度優勢和較高的可靠性及抗干擾能力,然而不是靈活性較差,就是成本較高.與傳統硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的場可編程門陣列(FPGA)的出現,使建立在可再配置硬件基礎上的進化硬件(EHW)成為智能硬件電路設計的一種新方法.作為進化算法和可編程器件技術相結合的產物,可重構FPGA的研究屬于EHW的研究范疇,是研究EHW的一種具體的實現方法.論文認為面向分類的專用類可重構FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重構電路粒度劃分的針對性更強、設計更易實現.論文研究的可重構FPGA的BCH通訊糾錯碼進化電路是一類ASR-FPGA電路的具體方法,具有一定的實用價值.論文所做的工作主要包括:(1)BCH編譯碼電路的設計——求取實驗用BCH碼的生成多項式和校驗多項式及其相應的矩陣并構造實驗用BCH碼;(2)建立基于可重構FPGA的基核——構造具有可重構特性的硬件功能單元,以此作為可重構BCH碼電路的設計基礎;(3)構造實現可重構BCH糾錯碼電路的方法——建立可重構糾錯碼硬件電路算法并進行實驗驗證;(4)在可重構糾錯碼電路基礎上,構造進化硬件控制功能塊的結構,完成各進化RLA控制模塊的驗證和實現.課題是將可重構BCH碼的編譯碼電路的實現作為一類ASR-FPGA的研究目標,主要成果是根據可編程邏輯電路的特點,選擇一種可編程樹的電路模型,并將它作為可重構FPGA電路的基核T;通過對循環BCH糾錯碼的構造原理和電路結構的研究,將基核模型擴展為能滿足糾錯碼電路需要的糾錯碼基本功能單元T;以T作為再劃分的基本單元,對FPGA進行"格式化",使T規則排列在FPGA上,通過對T的控制端的不同配置來實現糾錯碼的各個功能單元;在可重構基核的基礎上提出了糾錯碼重構電路的嵌套式GA理論模型,將嵌套式GA的染色體串作為進化硬件描述語言,通過轉換為相應的VHDL語言描述以實現硬件電路;采用RLA模型的有限狀態機FSM方式實現了可重構糾錯碼電路的EHW的各個控制功能塊.在實驗方面,利用Xilinx FPGA開發系統中的VHDL語言和電路圖相結合的設計方法建立了循環糾錯碼基核單元的可重構模型,進行循環糾錯BCH碼的電路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片進行了FPGA實現.課題在研究模型上選取的是比較基本的BCH糾錯碼電路,立足于解決基于可重構FPGA核的設計的基本問題.課題的研究成果及其總結的一套ASR-FPGA進化硬件電路的設計方法對實際的進化硬件設計具有一定的實際指導意義,提出的基于專用類基核FPGA電路結構的研究方法為新型進化硬件的器件結構的設計也可提供一種借鑒.
上傳時間： 2013-07-01
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語音識別技術是信息技術領域的重要發展方向之一,小詞匯量非特定人孤立詞語音識別是語音識別領域中一個具有廣泛應用背景的分支,在家電遙控、智能玩具、人機交互等領域有著重要的應用價值.語音識別芯片從20世紀90年代開始出現,目前的語音識別芯片都是以DSP為核心集成的語音識別系統,算法主要通過軟件實現,為了提高速度和降低成本,下一代語音識別芯片將設計成軟硬件協同實現,本文的目的是使用全硬件方法實現語音識別算法,為軟硬件協同實現的方案提供參考.本論文主要完成了以下工作:(1)在選定的FPGA平臺上,完成了整個系統的硬件設計.(2)對于硬件中難于實現而且占用較多資源的乘法器、求對數、求平方根以及快速傅立葉變換等關鍵模塊,本文都根據電路的具體特點,給出了巧妙的實現方案,完成了算法需要的功能.(3)設計中使用了模塊復用和流水線技術.(4)根據設計結果,給出了各個模塊占用的硬件資源和運行速度.實驗結果表明,本文所設計的硬件系統能夠正常工作,在速度和面積方面都達到了設計要求.
上傳時間： 2013-06-12
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隨著現代工業的高速發展，電力系統的非線性負荷日益增多，嚴重地污染了電網的環境，威脅著電網中的各種電氣設備的安全經濟運行，不論從保證電力系統和供電系統的安全經濟運行或是從保證設備和人身的安全來看，對諧波污染造成的危害影響加以經常監測和限制都是極為迫切的。諧波測量是諧波治理的重要前提條件，也是分析解決諧波治理問題的基本問題。國內外已有各種諧波檢測的研究，形成了多種諧波檢測方法，基于快速傅立葉變化的FFT是當前諧波檢測中應用最為廣泛的一種諧波檢測方法。特別是經過技術補償后的FFT算法，在諧波檢測中具有更好的性能。但該方法在實現上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司產品)，其實時性不強，影響了檢測性能。隨著微電子技術和數字信號處理技術的發展，基于FPGA的數字信號處理具有高速、開發簡便、易于形成ASIC等優勢而得到了廣泛的應用。論文在分析諧波測量方法的基礎上，提出了基于FPGA實現電網諧波測量系統。以嵌入式處理器NiosⅡ為核心，實現了電網諧波分析的周期圖功率譜分析方法。在整個系統硬件設計的基礎上，主要完成了基-28點、16點、32的FFT模塊、完成了求模運算模塊以及輸出顯示模塊。通過比較仿真得到的方波、正弦信號的譜結構與實際系統輸出的譜結構，驗證了該實現方法的正確性。
上傳時間： 2013-06-30
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激光測距是隨著激光技術的出現而發展起來的一種精密測量技術，因其良好的精確度特性廣泛地應用在軍事和民用領域。但傳統的激光測距系統大多采用分立的單元電路搭建而成，不僅造成了開發成本較高，電路較復雜，調試困難等諸多問題，而且這種系統體積和重量較大，嚴重阻礙了激光測距系統的普及應用，因此近年來激光測距技術向著小型化和集成化的方向發展。本文就旨在找出一種激光測距的集成化方案，將激光接收電路部分集成為一個專用集成電路，使傳統的激光測距系統簡化成三個部分，激光器LD、接收PD和一片集成電路芯片。 本文設計的激光測距系統基于相位差式激光測距原理，綜合當前所有的測相技術，提出了一種基于FPGA的芯片運用DCM的動態移相功能實現相位差測量的方法。該方法實現起來方便快捷，無需復雜的過程計算，不僅能夠達到較高的測距精度，同時可以大大簡化外圍電路的設計，使測距系統達到最大程度的集成化，滿足了近年來激光測距系統向小型化和集成化方向發展的要求，除此，該方法還可以減少環境因素對測距誤差的影響，降低測距系統對測試環境的要求。本論文的創新點有： 1.基于方波實現激光的調制和發射，簡化了復雜的外圍電路設計； 2.激光測距的數據處理系統在一片FPGA芯片上實現，便于系統的集成。 在基于DCM的激光測距方案中，本文詳細的敘述了利用DCM測相的基本原理，并給出了由相位信息得到距離信息的計算過程，然后將利用不同測尺測得的結果進行合成，并最終將距離的二進制信息轉換成十進制顯示出來。本文以Xilinx公司Virtex-II Pro開發板做為開發平臺，通過編程和仿真驗證了該測距方案的可行性。在采用多次測量求平均值的情況下，該測距方案的測距精度可以達到3mm，測距量程可達100m。該方案設計新穎，可將整個的數據處理系統在FPGA芯片中實現，為最終的專用集成芯片的設計打下了基礎，有利于測距系統的集成單片化。
上傳時間： 2013-06-20
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正交頻分復用技術(OFDM)是未來寬帶無線通信中的關鍵技術。隨著用戶對實時多媒體業務，高速移動業務需求的迅速增加，OFDM由于其頻譜效率高，抗多徑效應能力強，抗干擾性能好等特點，該技術正得到了廣泛的應用。 OFDM系統的子載波之間必須保持嚴格的正交性，因此對符號定時和載波頻偏非常敏感。本課題的主要任務是分析各種算法的性能的優劣，選取合適的算法進行FPGA的實現。 本文首先簡要介紹了無線信道的傳輸特性和OFDM系統的基本原理，進而對符號同步和載波同步對接收信號的影響做了分析。然后對比了非數據輔助式同步算法和數據輔助式同步算法的不同特點，決定采用數據輔助式同步算法來解決基于IEEE 802.16-2004協議的突發傳輸系統的同步問題。最后部分進行了算法的實現和仿真，所有實現的仿真均在QuartusⅡ下按照IEEE 802.16-2004協議的符號和前導字的結構進行。 本文的主要工作：(1)采用自相關和互相關聯合檢測算法同時完成幀到達檢測和符號同步估計，只用接收數據的符號位做相關運算，有效地解決了判決門限需要變化的問題，同時也減少了資源的消耗；(2)在時域分數倍頻偏估計時，利用基于流水線結構的Cordic模塊計算長前導字共軛相乘后的相角，求出分數倍頻偏的估計值；(3)采用滑動窗口相關求和的方法估計整數倍頻偏值，在此只用頻域數據的符號位做相關運算，有效地解決了傳統算法估計速度慢的缺點，同時也減少了資源的消耗。
上傳時間： 2013-05-23
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碼元定時恢復(位同步)技術是數字通信中的關鍵技術。位同步信號本身的抖動、錯位會直接降低通信設備的抗干擾性能，使誤碼率上升，甚至會使傳輸遭到完全破壞。尤其對于突發傳輸系統，快速、精確的定時同步算法是近年來研究的一個焦點。本文就是以Inmarsat GES/AES數據接收系統為背景，研究了突發通信傳輸模式下的全數字接收機中位同步方法，并予以實現。 本文系統地論述了位同步原理，在此基礎上著重研究了位同步的系統結構、碼元定時恢復算法以及衡量系統性能的各項指標，為后續工作奠定了基礎。 首先根據衛星系統突發信道傳輸的特點分析了傳統位同步方法在突發系統中的不足，接下來對Inmarsat系統的短突發R信道和長突發T信道的調制方式和幀結構做了細致的分析，并在Agilent ADS中進行了仿真。 在此基礎上提出了一種充分利用報頭前導比特信息的，由滑動平均、閾值判斷和累加求極值組成的快速報頭時鐘捕獲方法，此方法可快速精準地完成短突發形式下的位同步，并在FPGA上予以實現，效果良好。 在長突發形式下的報頭時鐘捕獲后還需要對后續數據進行位同步跟蹤，在跟蹤過程中本論文首先用DSP Builder實現了插值環路的位同步算法，進行了Matlab仿真和FPGA實現。并在插值環路的基礎上做出改進，提出了一種新的高效的基于移位算法的位同步方案并予以FPGA實現。最后將移位算法與插值算法進行了性能比較，證明該算法更適合于本項目中Inmarsat的長突發信道位同步跟蹤。 論文對兩個突發信道的位同步系統進行了理論研究、算法設計以及硬件實現的全過程，滿足系統要求。
上傳時間： 2013-04-24
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密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應用，而且往往需要系統進行實時運算，這就需要系統具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現方法是很有意義的。FPGA的運算速度快并且可以并行運算，和其它矩陣運算的實現方式相比，FPGA有其獨特的優勢。本文主要設計并實現了基于FPGA的各種矩陣運算模塊。 本文首先介紹了矩陣運算的特點和原理，接著討論了FPGA浮點運算單元的VHDL設計方法，在此基礎上，設計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊，給出矩陣階數擴大時各種矩陣運算的分塊實現方法。然后在ModelSim環境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結果比較，分析了運算精度、時間復雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結果送入PC機，驗證了基于FPGA矩陣運算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達信號中的應用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-07-20
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數字信號處理是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一。常用的實現高速數字信號處理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、邏輯實現能力強、速度快、設計靈活性好等眾多優點，尤其在并行信號處理能力方面比DSP更具優勢。在信號處理領域，經常需要對多路信號進行采集和實時處理，為解決這一問題，本文設計了基于FPGA的數據采集和處理系統。 本文首先介紹數字信號處理系統的組成和數字信號處理的優點，然后通過FFT算法的比較選擇和硬件實現方案的比較選擇，進行總體方案的設計。在硬件方面，特別討論了信號調理模塊、模數轉換模塊、FPGA芯片配置等功能模塊的設計方案和硬件電路實現方法。信號處理單元的設計以Xilinx ISE為軟件平臺，采用VHDL和IP核的方法，設計了時鐘產生模塊、數據滑動模塊、FFT運算模塊、求模運算模塊、信號控制模塊，完成信號處理單元的設計，并采用ModelSim仿真工具進行相關的時序仿真。最后利用MATLAB對設計進行驗證，達到技術指標要求。
上傳時間： 2013-07-07
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遺傳算法是一種基于自然選擇原理的優化算法，在很多領域有著廣泛的應用。但是，遺傳算法使用計算機軟件實現時，會隨著問題復雜度和求解精度要求的提高，產生很大的計算延時，這種計算的延時限制了遺傳算法在很多實時性要求較高場合的應用。為了提升運行速度，可以使用FPGA作為硬件平臺，設計數字系統完成遺傳算法。和軟件實現相比，硬件實現盡管在實時性和并行性方面具有很大優勢，但同時會導致系統的靈活性不足、通用性不強。本文針對上述矛盾，使用基于功能的模塊化思想，將基于FPGA的遺傳算法硬件平臺劃分成兩類模塊：系統功能模塊和算子功能模塊。針對不同問題，可以在保持系統功能模塊不變的前提下，選擇不同的遺傳算子功能模塊完成所需要的優化運算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平臺，使用VerilogHDL語言實現了偽隨機數發生模塊、隨機數接口模塊、存儲器接口/控制模塊和系統控制模塊等系統功能模塊，以及基本位交叉算子模塊、PMX交叉算子模塊、基本位變異算子模塊、交換變異算子模塊和逆轉變異算子模塊等遺傳算法功能模塊，構建了系統功能構架和遺傳算子庫。該設計方法不僅使遺傳算法平臺在解決問題時具有更高的靈活性和通用性，而且維持了系統架構的穩定。本文設計了多峰值、不連續、不可導函數的極值問題和16座城市的旅行商問題 (TSP)對遺傳算法硬件平臺進行了測試。根據測試結果，該硬件平臺表現良好，所求取的最優解誤差均在1％以內。相對于軟件實現，該系統在求解一些復雜問題時，速度可以提高2個數量級。最后，本文使用FPGA實現了粗粒度并行遺傳算法模型，并用于 TSP問題的求解。將硬件平臺的運行速度在上述基礎上提高了近1倍，取得了顯著的效果。關鍵詞：遺傳算法，硬件實現，并行設計，FPGA，TSP
上傳時間： 2013-06-15
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論文研究了基于Bayer格式的CCD原始圖像的顏色插值算法，并將設計的改進算法應用到以FPGA為核心的圖像采集前端。出于對成本和體積的考慮，一般的數字圖像采集系統采用單片CCD或CMOS圖像傳感器，然后在感光表面覆蓋一層顏色濾波陣列(CFA)，經過CFA后每個像素點只能獲得物理三基色(紅、綠、藍)其中一種分量，形成馬賽克圖像。為了獲得全彩色圖像，就要利用周圍像素點的值近似地計算出被濾掉的顏色分量，稱這個過程為顏色插值。由于當前對圖像采集系統的實時性要求越來越高，業內已經開始廣泛采用FPGA來進行圖像處理，充分發揮硬件并行運算的速度優勢，以求在處理速度和成像質量兩方面均達到滿意的效果。。主要的工作內容如下: 本文首先介紹了彩色濾波陣列、圖像色彩恢復和插值算法的概念，然后分析和研究了當下常用的顏色插值算法，如雙線性插值算法、加權系數法等等，指出了各個算法的特點和不足；接下來針對硬件系統并行運算的特性和實時性處理的要求，結合其中兩種算法的思路設計了適用于硬件的改進算法，該算法主要引入了方向標志位的概念以及平滑的邊界仲裁法則來檢測邊界，借鑒利用梯度的三角函數關系來判斷邊界方向，通過簡化且適用于硬件的方法計算加權系數，從而選擇合適的方向進行插值。 在介紹了FPGA用于圖像處理的優勢后，針對FPGA的特點采用模塊化結構設計，詳細闡述了本文算法的軟件實現過程及所使用到的關鍵技術；文章設計了一個以FPGA為核心的前端圖像采集平臺，并將改進插值算法應用到整個系統當中。詳細分析了采集前端的硬件需求，討論了核心芯片的選型和硬件平臺設計中的注意事項，完成了印制電路板的制作。 文章通過MATLAB仿真得到了量化的性能評估數據，并選取幾種算法在硬件平臺上運行，得到了實驗圖片。最后結合圖片的視覺效果和仿真數據對幾種不同算法的效果進行了評估和比較，證明改進的算法對圖像質量有所增強，取得了良好的效果。
上傳時間： 2013-06-11
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