國家863項目“飛行控制計算機系統(tǒng)FC通信卡研制”的任務是研究設計符合CPCI總線標準的FC通信卡。本課題是這個項目的進一步引伸，用于設計SCI串行通信接口，以實現(xiàn)環(huán)上多計算機系統(tǒng)間的高速串行通信。 本文以此項目為背景，對基于FPGA的SCI串行通信接口進行研究與實現(xiàn)。論文先概述SCI協(xié)議，接著對SCI串行通信接口的兩個模塊：SCI節(jié)點模型模塊和CPCI總線接口模塊的功能和實現(xiàn)進行了詳細的論述。 SCI節(jié)模型包含Aurora收發(fā)模塊、中斷進程、旁路FIFO、接受和發(fā)送存儲器、地址解碼、MUX。在SCI節(jié)點模型的實現(xiàn)上，利用FPGA內(nèi)嵌的RocketIO高速串行收發(fā)器實現(xiàn)主機之間的高速串行通信，并利用Aurora IP核實現(xiàn)了Aurora鏈路層協(xié)議；設計一個同步FIFO實現(xiàn)旁路FIFO；利用FPGA上的塊RAM實現(xiàn)發(fā)送和接收存儲器；中斷進程、地址解碼和多路復合分別在控制邏輯中實現(xiàn)。 CPCI總線接口包括PCI核、PCI核的配置模塊以及用戶邏輯三個部分。本課題中，采用FPGA+PCI軟核的方法來實現(xiàn)CPCI總線接口。PCI核作為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁：PCI核的配置模塊負責對PCI核進行配置，得到用戶需要的PCI核；用戶邏輯模塊負責實現(xiàn)整個通信接口具體的內(nèi)部邏輯功能；并引入中斷機制來提高SCI通信接口與主機之間數(shù)據(jù)交換的速率。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL和VHDL，在開發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統(tǒng)的設計、綜合、布局布線，利用Modelsim進行功能及時序仿真，使用DriverWorks為SCI串行通信接口編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。最后，將FPGA設計下載到FC通信卡中運行，并利用ISE內(nèi)嵌的ChipScope Pro虛擬邏輯分析儀對設計進行驗證，運行結果正常。 文章最后分析傳輸性能上的原因，指出工作中的不足之處和需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-04-24
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信息安全在當今的社會生產(chǎn)生活中已經(jīng)被廣為關注，對敏感信息進行加密是提高信息安全性的一種常見的和有效的手段。 常見的加密方法有軟件加密和硬件加密。軟件加密的方法因為加密速度低、安全性差以及安裝不便，在一些高端或主流的加密處理中都采用硬件加密手段對數(shù)據(jù)進行處理。硬件加密設備如加密狗和加密卡已經(jīng)廣泛地應用于信息加密領域當中。 但是加密卡和加密狗因為采用的是多芯片結構，即采用獨立的USB通信芯片和獨立的加密芯片來分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB傳輸和加密功能，如果在USB芯片和加密芯片之間進行數(shù)據(jù)竊聽的話，很輕易地就可以獲得未加密的明文數(shù)據(jù)。作者提出了一種新的基于單芯片實現(xiàn)的USB加密接口芯片的構想，采用一塊芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB2.0通信和AES加密功能，命名為USB2.0加密接口芯片。 USB2.0加密接口芯片采用了USB2.0接口標準和AES加密算法。該加密芯片可以實現(xiàn)與主機的快速通信，具有快速的密碼處理能力，對外提供USB接口，支持基于USB密碼載體的自身安全初始化方式。 根據(jù)設計思想，課題研究并設計了USB2.0加密接口芯片的總體硬件架構，設計了USB模塊和AES加密模塊。為了解決USB通信模塊與AES加密模塊之間存在的數(shù)據(jù)處理單元匹配以及速度匹配問題，本文設計了AESUSB緩沖器，優(yōu)化了AES有限域加密算法。最后，利用VerilogHDL語言在FPGA芯片上實現(xiàn)了USB2.0加密接口芯片的功能，并在此基礎之上對加密芯片的通信和加密性能進行了測試和驗證。
上傳時間： 2013-05-24
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隨著圖像處理技術和投影技術的不斷發(fā)展，人們對高沉浸感的虛擬現(xiàn)實場景提出了更高的要求，這種虛擬顯示的場景往往由多通道的投影儀器同時在屏幕上投影出多幅高清晰的圖像，再把這些單獨的圖像拼接在一起組成一幅大場景的圖像。而為了給人以逼真的效果，投影的屏幕往往被設計為柱面屏幕，甚至是球面屏幕。當圖像投影在柱面屏幕的時候就會發(fā)生幾何形狀的變化，而避免這種幾何變形的就是圖像拼接過程中的幾何校正和邊緣融合技術。 一個大場景可視化系統(tǒng)由投影機、投影屏幕、圖像融合機等主要模塊組成。在虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)中，要實現(xiàn)高臨感的多屏幕無縫拼接以及曲面組合顯示，顯示系統(tǒng)還需要運用幾何數(shù)字變形及邊緣融合等圖像處理技術，實現(xiàn)諸如在平面、柱面、球面等投影顯示面上顯示圖像。而關鍵設備在于圖像融合機，它實時采集圖形服務器，或者PC的圖像信號，通過圖像處理模塊對圖像信息進行幾何校正和邊緣融合，在處理完成后再送到顯示設備。 本課題提出了一種基于FPGA技術的圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的AiD采集、圖像數(shù)據(jù)在SRAM以及SDRAM中的存取、圖像在FPGA內(nèi)部的DSP運算以及圖像數(shù)據(jù)的D/A輸出。系統(tǒng)設計的核心部分在于系統(tǒng)的控制以及數(shù)字信號的處理。本課題采用XilinxVirtex4系列FPGA作為主處理芯片，并利用VerilogHDL硬件描述語言在FPGA內(nèi)部設計了A/D模塊、D/A模塊、SRAM、SDRAM以及ARM處理器的控制器邏輯。 本課題在FPGA圖像處理系統(tǒng)中設計了一個ARM處理器模塊，用于上電時對系統(tǒng)在圖像變化處理時所需參數(shù)進行傳遞，并能實時從上位機更新參數(shù)。該設計在提高了系統(tǒng)性能的同時也便于系統(tǒng)擴展。 本文首先介紹了圖像處理過程中的幾何變化和圖像融合的算法，接著提出了系統(tǒng)的設計方案及模塊劃分，然后圍繞FPGA的設計介紹了SDRAM控制器的設計方法，最后介紹了ARM處理器的接口及外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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信號與信息處理是信息科學中近幾年來發(fā)展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(tǒng)(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數(shù)字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統(tǒng)可再編程及在系統(tǒng)調(diào)試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發(fā)成本進一步降低、開發(fā)時間也大大縮短等優(yōu)點。然而,FPGA器件是基于SRAM結構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數(shù)據(jù)都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統(tǒng)設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發(fā)設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發(fā)板的設計與實現(xiàn)。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數(shù)據(jù)配置電纜USB-Blaster,對其內(nèi)部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發(fā)實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調(diào)試,完成測試與驗證,實現(xiàn)了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發(fā)板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發(fā)環(huán)境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現(xiàn)有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產(chǎn)權嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發(fā)設計的難度。 與傳統(tǒng)的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發(fā)板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調(diào)試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優(yōu)勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發(fā)板與其同類產(chǎn)品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
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當前，片上系統(tǒng)(SOC)已成為系統(tǒng)實現(xiàn)的主流技術。流片風險與費用增加、上市時間壓力加大、產(chǎn)品功能愈加復雜等因素使得SOC產(chǎn)業(yè)逐漸劃分為IP提供者、SOC設計服務者和芯片集成者三個層次。SOC設計已走向基于IP集成的平臺設計階段，經(jīng)過嚴格驗證質量可靠的IP核成為SOC產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)。 GPIB控制器芯片是組建自動測試系統(tǒng)的核心，在測試領域應用廣泛。本人通過查閱大量的技術資料，分析了集成電路在國內(nèi)外發(fā)展的最新動態(tài)，提出了基于FPGA的自主知識產(chǎn)權的GPIB控制器IP核的設計和實現(xiàn)。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對FPGA開發(fā)所具備的基本知識作了簡要介紹。文中對GPIB總線進行了簡單的描述，根據(jù)芯片設計的主要思想，重點在于論述怎樣用FPGA來實現(xiàn)IEEE-488.2協(xié)議，并詳細闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態(tài)機的IP核實現(xiàn)。同時，對數(shù)據(jù)通路也進行了較為細致的說明。在設計的時候采用基于模塊化設計思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對設計進行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號采取類似畫電路圖的方法完成整個系統(tǒng)芯片的lP軟核設計，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗證設計思想，借助EDA工具對GPIB控制器的工作狀態(tài)進行了軟件仿真，給出仿真結果，仿真波形驗證了GPIB控制器的工作符合預想。最后，本文對基于FPGA的GPIB控制器的IP核設計過程進行了總結，展望了當前GPIB控制器設計的發(fā)展趨勢，指出了開展進一步研究需要做的工作。
上傳時間： 2013-06-12
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隨著微電子技術的快速發(fā)展，電子設備逐漸向著小型化、集成化方向發(fā)展；人們在要求設備性能不斷提升的同時，還要求設備功耗低、體積小、重量輕、可靠性高。同樣在我軍武器裝備的研制過程中，也對各武器裝備都提出了新的要求，特別是針對單兵配備的便攜設備，對體積、功耗、擴展性的要求更是嚴格。 在某手持式設備的開發(fā)項目中，需要設計一塊接口板，要求實現(xiàn)高達8個串行口擴展以及能源管理和數(shù)字輸入輸出接口等功能，該接口板與處理器模塊的連接總線采用LPC總線，整個手持設備除了對功能有基本的要求以外，對體積及功耗都提出了極高的要求。針對項目的具體設計要求，經(jīng)過與傳統(tǒng)設計方法的比較，決定采用FPGA來實現(xiàn)LPC接口及UART控制器功能。 論文的主要目標是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的實現(xiàn)。對于各模塊中的關鍵的功能部分，文中對其實現(xiàn)都進行了詳細的說明。整個設計全部采用硬件描述語言(HDL)實現(xiàn)，并且采用了分模塊的設計風格，具有很好的重用性。 為了在硬件平臺上驗證設計，還實做了FPGA驗證平臺，并用C語言編寫了測試程序。經(jīng)過驗證，該方案完全實現(xiàn)了接口板的功能要求，并且滿足體積和功耗上的要求，取得了良好的效果。 論文通過采用FPGA作為電路設計的核心，以一種新的數(shù)字電路設計方法實現(xiàn)電路功能；旨在通過這種方式，不斷提高設備的性能并拓展設計者思想。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：wlyang
隨著以太網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡的傳輸速度已經(jīng)由最初的10M發(fā)展到現(xiàn)在的10,000M。用可編程邏輯器件(FPGA)實現(xiàn)以太網(wǎng)控制器與其它SOC系統(tǒng)的互連成為當前的研究熱點。本文闡述了MAC層的FPGA設計、仿真及測試；介紹了整個系統(tǒng)的內(nèi)部結構、模塊劃分，并對各個模塊的設計過程進行了詳細闡述，接著介紹了開發(fā)環(huán)境和驗證工具，同時給出測試方案、驗證數(shù)據(jù)、實現(xiàn)結果及時序仿真波形圖。 對MAC層的主要功能模塊如:發(fā)送模塊、接收模塊、MAC流程控制模塊、寄存器模塊、MⅡ接口模塊和主機接口模塊以及CRC，CSMA/CD，HASH表等算法給出了基于FPGA及硬件描述語言的解決方法。 本課題針對以下三個方面進行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA開發(fā)平臺的硬件實現(xiàn)。選用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作為測試的核心器件，采用LXT971芯片作為物理層芯片，AT91RM9200作為數(shù)據(jù)輸入源和雙blockram作為幀緩存搭建FPGA硬件驗證開發(fā)平臺。 2)基于FPGA實現(xiàn)以太網(wǎng)控制器。用VerilogHDL語言構建以太網(wǎng)控制器，實現(xiàn)CSMA/CD協(xié)議、10M/100M自適應以及與物理層MⅡ接口等。 3)采用片上系統(tǒng)通用的WS接口。目的是便于與具有通用接口的片上系統(tǒng)互連，也為構建SOC上處理器提供條件。 本論文實現(xiàn)了一個基于WS總線接口可裁減的以太網(wǎng)MAC控制器IP軟核，為設計具有自主知識產(chǎn)權的以太網(wǎng)MAC控制器積累了經(jīng)驗。同時，為與其它WS接口的控制器實現(xiàn)直接互連創(chuàng)造了條件，對高層次設計這一先進ASIC設計方法也有了較為深入的認識。
標簽： 10M100M FPGA 以太網(wǎng)控制器
上傳時間： 2013-07-17
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I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司開發(fā)的用于芯片之間連接的串行總線，以其嚴格的規(guī)范、卓越的性能、簡便的操作和眾多帶I2C接口的外圍器件而得到廣泛的應用并受到普遍的歡迎。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。本論文主要討論了如何利用Verilog/FPGA來實現(xiàn)一個隨機讀/寫的I2C接口電路，實現(xiàn)與外圍I2C接口器件E2PROM進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)讀、寫等功能，傳輸速率實現(xiàn)為100KBps。在Modelsim6.0仿真軟件環(huán)境中進行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li開發(fā)平臺上進行了下載，搭建外圍電路，用Agilem邏輯分析儀進行數(shù)據(jù)采集，分析測試結果。 首先，介紹了微電子設計的發(fā)展概況以及設計流程，重點介紹了HDL/FPGA的設計流程。其次，對I2C串行總線進行了介紹，重點說明了總線上的數(shù)據(jù)傳輸格式并對所使用的AT24C02 E2PROM存儲器的讀／寫時序作了介紹。第三，基于Verilog _HDL設計了隨機讀/寫的I2C接口電路、測試模塊和顯示電路；接口電路由同步有限狀態(tài)機(FSM)來實現(xiàn)；測試模塊首先將數(shù)據(jù)寫入到AT24C02的指定地址，接著將寫入的數(shù)據(jù)讀出，并將兩個數(shù)據(jù)顯示在外圍LED數(shù)碼管和發(fā)光二極管上，從而直觀地比較寫入和輸出的數(shù)據(jù)的正確性。FPGA下載芯片為Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent邏輯分析儀進行傳輸數(shù)據(jù)的采集，分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序，從而驗證電路設計的正確性。最后，論文對所取得的研究成果進行了總結，并展望了下一步的工作。
上傳時間： 2013-06-27
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圖像采集系統(tǒng)是數(shù)字圖像信號處理過程中不可缺少的重要部分，它將前端相機所捕獲的模擬信號轉化為數(shù)字信號，或者直接從數(shù)字相機中獲取數(shù)字信號，然后通過高速的計算機總線傳回計算機，憑借計算機的強大的運算、數(shù)據(jù)存儲與處理等操作能力，可以方便快捷地對信號進行分析處理，具有人機友好、功能靈活、可移植性強等優(yōu)點。隨著對數(shù)據(jù)傳送速度要求的提高，PCI總線以其高的數(shù)據(jù)傳輸率，即插即用，低功耗等眾多優(yōu)點，得到廣泛的應用。本文針對PCI總線接口電路使用的廣泛性，介紹了PLX公司橋接芯片PCI9054主模式的工作原理和中斷機制，采用可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)與PCI9054的本地接口的信號轉換，給出了邏輯實現(xiàn)方案和仿真圖。本文針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統(tǒng)的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。在文章的軟件設計部分介紹了WinDriver驅動開發(fā)工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系統(tǒng)下實現(xiàn)設備的驅動程序開發(fā)，完成主模式數(shù)據(jù)傳輸和設備中斷的功能。
上傳時間： 2013-06-09
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目前對數(shù)字化音頻處理的具體實現(xiàn)主要集中在以DSP或專用ASIC芯片為核心的處理平臺的開發(fā)方面，存在著并行處理性能差，系統(tǒng)升級和在線配置不靈活等缺點。另一方面現(xiàn)有解決方案的設計主要集中于處理器芯片，而對于音頻編解碼芯片的關注度較低，而且沒有提出過從芯片層到PCB板層的完整設計思路。本文針對上述問題對數(shù)字化音頻處理平臺進行了研究，主要內(nèi)容包括： 1、提出了基于FPGA的通用音頻處理平臺，該方案有別于現(xiàn)有的基于MCU、DSP和其它專用ASIC芯片的方案，論證了基于FPGA的音頻處理系統(tǒng)的結構及設計工作流程，并對嵌入式音頻處理系統(tǒng)專門進行了研究。 2、提出了從芯片層到PCB板層的完整設計思路，并將設計思路得以實現(xiàn)。完成了FPGA的設計及實現(xiàn)過程，包括：系統(tǒng)整體分析，設計流程分析，配置模塊和數(shù)據(jù)通信模塊的RTL實現(xiàn)等；解決了FPGA與音頻編解碼芯片TLV320AIC23B之間接口不匹配問題；給出配置和數(shù)據(jù)通信模塊的功能方框圖；從多個角度完善PCB板設計，給出了各個系統(tǒng)組成部分的詳細設計方案和硬件電路原理圖，并附有PCB圖。 3、建立了實驗和分析環(huán)境，完成了各項實驗和分析工作，主要包括：PCB板信號完整性分析和優(yōu)化，F(xiàn)PGA系統(tǒng)中各個功能模塊的實驗與分析等。實驗和分析結果論證了系統(tǒng)設計的合理性和實用性。 本文的研究與實現(xiàn)工作通過實驗和分析得到了驗證。結果表明，本文提出的由FPGA和音頻編解碼芯片TLV320AIC23B組成的數(shù)字化音頻處理系統(tǒng)完全可以實現(xiàn)音頻信號的數(shù)字化處理，從而可以將FPGA在數(shù)字信號處理領域的優(yōu)點充分發(fā)揮于音頻信號處理領域。
上傳時間： 2013-04-24
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