隨著 EDA 技術(shù)及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱 FPGA)的性能有了大幅度的提高，F(xiàn)PGA的設(shè)計水平也達到了一個新的高度。基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計帶來了更大的靈活性，以Nios Ⅱ軟核處理器為核心的SOPC(System on Programmable Chip)系統(tǒng)便是把嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用在FPGA上的典型例子，本文設(shè)計的指紋識別模塊就是基于FPGA的Nios Ⅱ處理器為核心的SOPC設(shè)計。通過IP核技術(shù)和靈活的軟硬件編程，實現(xiàn)Nios Ⅱ?qū)PGA外圍器件的控制，并對指紋處理算法進行了改進，研究了指紋識別算法到Nios Ⅱ系統(tǒng)的移植。 本文首先闡述了指紋識別模塊的SOPC設(shè)計方案，然后是對模塊的詳細設(shè)計。在硬件方面，完成了指紋識別模塊的 FPGA 硬件設(shè)計，包括 FPGA 內(nèi)部的Nios Ⅱ系統(tǒng)硬件設(shè)計和 FPGA 外圍電路設(shè)計。前者利用 SOPC Builder將Nios Ⅱ處理器、指紋讀取接口 UART、鍵盤與LCD顯示接口、FLASH接口、SDRAM控制器構(gòu)建成NiosⅡ硬件系統(tǒng)，后者是電源和時鐘電路、SDRAM存儲器電路、FLASH存儲器電路、LCD顯示電路、指紋傳感器電路、FPGA 配置電路這些純實物硬件設(shè)計，給出了設(shè)計方法和電路連接圖。 在軟件方面，包括下面兩個內(nèi)容： 完成 FPGA 外圍器件程序設(shè)計，實現(xiàn)對外圍器件的操作。 深入的研究了指紋識別算法。對指紋圖像識別算法中的指紋圖像濾波和匹配算法進行了分析，提出了指紋圖像增強改進算法和匹配改進算法，通過試驗，改進后的指紋圖像濾波算法取得了較好的指紋圖像增強效果。改進后的匹配算法速度較快，誤識率較低。最后研究了指紋識別算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系統(tǒng)的實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-06-12
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軟件無線電已成為無線通信非常關(guān)鍵的技術(shù)之一。其基本思想是將寬帶A/D、D/A盡可能靠近天線，在一個開放式、模塊化的通用硬件平臺上用盡可能多的軟件來實現(xiàn)無線電臺的各種功能。 本文所討論的多相濾波器組信道化接收機(PPCR)及信道非均勻劃分，即是應(yīng)用了軟件無線電理念的一種新技術(shù)。該技術(shù)針對傳統(tǒng)無線電接收機存在的結(jié)構(gòu)不靈活、系統(tǒng)升級困難、同時處理多信號能力弱及系統(tǒng)規(guī)模過大等問題，應(yīng)用現(xiàn)代多速率信號處理理論對之進行了改進。改進后的軟件無線電PPCR．具有全概率接收能力，能對信號進行下變頻并降低其采樣率處理，實現(xiàn)后資源耗費較低，而且依托現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)建立的平臺是開放式的，在需要時可在不改變硬件系統(tǒng)的情況下通過軟件更改系統(tǒng)的功能，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性。諸多的優(yōu)點使其具有十分廣泛的應(yīng)用前景，也成為當前研究熱點之一。 本文首先介紹了課題的應(yīng)用背景，并深入討論了軟件無線電的基本理論：信號采樣理論及多速率信號處理理論，介紹了應(yīng)用PPCR的采樣處理過程，給出了推導(dǎo)PPCR的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上分析闡述了信道非均勻劃分的原理。 在本文的系統(tǒng)仿真及實現(xiàn)部分，首先介紹了應(yīng)用現(xiàn)代DSP開發(fā)工具DSPBuilder進行開發(fā)的設(shè)計流程，然后對應(yīng)用DSP Builder來設(shè)計PPCR中的主要模塊一多相濾波器組及快速傅立葉變換模塊做了詳細闡述，最后對系統(tǒng)仿真及實現(xiàn)過程的實驗結(jié)果圖進行了分析。 本文主要是在實驗室階段對算法在硬件實現(xiàn)上進行研究。成果可以作為后續(xù)應(yīng)用研究的基礎(chǔ)，對各種應(yīng)用軟件無線電理念的通信系統(tǒng)都具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-06-17
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在數(shù)字電視系統(tǒng)中，MPEG-2編碼復(fù)用器是系統(tǒng)傳輸?shù)暮诵沫h(huán)節(jié)，所有的節(jié)目、數(shù)據(jù)以及各種增值服務(wù)都是通過復(fù)用打包成傳輸流傳輸出去。目前，只有少數(shù)公司掌握復(fù)用器的核心算法技術(shù)，能夠采用MPEG-2可變碼率統(tǒng)計復(fù)用方法提高帶寬利用率，保證高質(zhì)量圖像傳輸。由于目前正處廣播電視全面向數(shù)字化過渡期間，市場潛力巨大，因此對復(fù)用器的研究開發(fā)非常重要。本文針對復(fù)用器及其接口技術(shù)進行研究并設(shè)計出成形產(chǎn)品。 文中首先對MPEG-2標準及NIOS Ⅱ軟核進行分析。重點研究了復(fù)用器中的部分關(guān)鍵技術(shù)：PSI信息提取及重構(gòu)算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校驗算法，給出了實現(xiàn)方法，并通過了硬件驗證。然后對復(fù)用器中主要用到的AsI接口和DS3接口進行了分析與研究，給出了設(shè)計方法，并通過了硬件驗證。 本文的主要工作如下： ●首先對復(fù)用器整體功能進行詳細分析，并劃分軟硬件各自需要完成的功能。給出復(fù)用器的整體方案以及ASI接口和DS3接口設(shè)計方案。 ●在FPGA上采用c語言實現(xiàn)了PSI信息提取與重構(gòu)算法。 ●給出了實現(xiàn)快速的PID映射方法，并根據(jù)FPGA特點給出一種新的PID映射方法，減少了邏輯資源的使用，提高了穩(wěn)定性。 ●采用Verilog設(shè)計了SI信息提取與重構(gòu)的硬件平臺，并用c語言實現(xiàn)了SDT表的提取與重構(gòu)算法，在FPGA中成功實現(xiàn)了動態(tài)分配內(nèi)存空間。 ●在FPGA上實現(xiàn)了．ASI接口，主要分析了位同步的實現(xiàn)過程，實現(xiàn)了一種新的快速實現(xiàn)字節(jié)同步的設(shè)計。 ●在FPGA上實現(xiàn)了DS3接口，提出并實現(xiàn)了一種兼容式DS3接口設(shè)計。并對幀同步設(shè)計進行改進。 ●完成部分PCB版圖設(shè)計，并進行調(diào)試監(jiān)測。 本復(fù)用器設(shè)計最大特點是將軟件設(shè)計和硬件設(shè)計進行合理劃分，硬件平臺及接口采用Verilog語言實現(xiàn)，PSI信息算法主要采用c語言實現(xiàn)。這種軟硬件的劃分使系統(tǒng)設(shè)計更加靈活，且軟件設(shè)計與硬件設(shè)計可同時進行，極大的提高了工作效率。 整個項目設(shè)計采用verilog和c兩種語言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE兩種設(shè)計平臺下設(shè)計實現(xiàn)。根據(jù)此方案已經(jīng)開發(fā)出兩臺帶有ASI和DS3接口的數(shù)字電視TS流復(fù)用器，經(jīng)測試達到了預(yù)期的性能和技術(shù)指標。
上傳時間： 2013-06-10
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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(yīng)用，而且往往需要系統(tǒng)進行實時運算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現(xiàn)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(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。本文主要設(shè)計并實現(xiàn)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(shè)計方法，在此基礎(chǔ)上，設(shè)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(shù)擴大時各種矩陣運算的分塊實現(xiàn)方法。然后在ModelSim環(huán)境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結(jié)果比較，分析了運算精度、時間復(fù)雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結(jié)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(yīng)用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-07-20
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針對CDMA系統(tǒng)多徑衰落信道條件下采用MATLAB仿真軟件對單用戶RAKE接收機和多用戶RAKE接收機之間分別進行了仿真。并采用最大比合并、等增益合并、選擇式合并這三種合并方式進行比較。給出仿真結(jié)果及誤碼率性能參數(shù)。通過比較三種合并方式的比較得出最大合并比方式更適合RAKE接收機。通過單用戶與多用戶RAKE接收機的比較，得出RAKE接收機更適合于多用戶情況。并通過多用戶間的比較得出增多用戶對同狀態(tài)下信噪比要求增加不大。
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應(yīng)性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺上設(shè)計SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案及實現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設(shè)計，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設(shè)計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計數(shù)器等，能夠方便的完成對系統(tǒng)輸入輸出時鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設(shè)計上，采用FPGA片內(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進行設(shè)置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)整。 在傳輸接口設(shè)計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現(xiàn)了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統(tǒng)工作過程控制上，通過VB程序編寫了應(yīng)用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統(tǒng)整個傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時序性，并極大的降低了用常規(guī)儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結(jié)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(shè)計、并行接口設(shè)計、PCI接口設(shè)計、PC端控制軟件設(shè)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(jié)果和測試結(jié)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(shè)計圖、實物圖及注釋詳細的相關(guān)源程序清單。
標簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-09
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由于其很強的糾錯性能和適合硬件實現(xiàn)的編譯碼算法，卷積編碼和軟判決維特比譯碼目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)。然而隨著航天事業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，信息量越來越大。如何在低信噪比的功率受限信道條件下提高傳輸速率成為目前亟待解決的問題。本論文結(jié)合在研項目，在編譯碼算法、編譯碼器的設(shè)計與實現(xiàn)、編譯碼器性能提高三個方面對卷積編碼和維特比譯碼進行了深入研究，并進一步介紹了使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式，實現(xiàn)一種(7,3/4)增信刪余方式的高速卷積編碼器和維特比譯碼器的詳細過程；然后將設(shè)計下載到XILINX的Virtex2 FPGA內(nèi)部進行功能和時序確認，最終在整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中測試其性能。本文所實現(xiàn)的維特比譯碼器速率達160Mbps，遠遠高于目前國內(nèi)此領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)產(chǎn)品速率。 首先，論文具體介紹了卷積編碼和維特比譯碼的算法，研究卷積碼的各種參數(shù)(約束長度、生成多項式、碼率以及增信刪余等)對其譯碼性能的影響；針對項目需求，確定卷積編碼器的約束長度、生成多項式格式、碼率和相應(yīng)的維特比譯碼器的回歸長度。 其次，論文介紹了編解碼器的軟、硬件設(shè)計和調(diào)試一根據(jù)已知條件，使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式設(shè)計卷積編碼和維特比譯碼的源代碼和原理圖，分別采用功能和電路級仿真，確定卷積編碼和維特比譯碼分別需要占用的資源，考慮卷積編碼器和維特比譯碼器的具體設(shè)計問題，包括編譯碼的基本結(jié)構(gòu)，各個模塊的功能及實現(xiàn)策略，編譯碼器的時序、邏輯綜合等；根據(jù)軟件仿真結(jié)果，分別確定卷積編碼器和維特比譯碼器的接口、所需的FPGA器件選型和進行各自的印制板設(shè)計。利用卷積碼本身的特點，結(jié)合FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用并行卷積編碼和譯碼運算，設(shè)計出高速編譯碼器；對軟、硬件分別進行驗證和調(diào)試，并將驗證后的軟件下載到FPGA進行電路級調(diào)試。 最后，論文討論了卷積編碼和維特比譯碼的性能：利用已有的測試設(shè)備在整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中測試其性能(與沒有采用糾錯編碼的數(shù)傳系統(tǒng)進行比對)；在信道中加入高斯白噪聲，模擬高斯信道，進行誤碼率和信噪比測試。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著人們對無線通信需求和質(zhì)量的要求越來越高，無線通信設(shè)備的研發(fā)也變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)測試在整個設(shè)備研發(fā)過程中所占的比重也越來越大。為了能夠盡快縮短研發(fā)周期，測試人員需要在實驗室模擬出無線信道的各種傳播特性，以便對所設(shè)計的系統(tǒng)進行調(diào)試與測試。無線信道仿真器是進行無線通信系統(tǒng)硬件調(diào)試與測試不可或缺的儀器之一。 本文設(shè)計的無線信道仿真器是以Clarke信道模型為參考，采用基于Jakes模型的改進算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模擬實現(xiàn)了頻率選擇性衰落信道。信道仿真器實現(xiàn)了四根天線數(shù)據(jù)的上行接收，每根天線由八條可分辨路徑，每條可分辨路徑由64個反射體構(gòu)成，每根天線可分辨路徑和反射體的數(shù)目可以獨立配置。通過對每個反射體初始角度和初始相位的設(shè)置，并且保證反射體的角度和相位是均勻分布的隨機數(shù)，可以使得同一條路徑不同反射體之間的非相關(guān)特性，得到的多徑傳播信道是一個離散的廣義平穩(wěn)非相關(guān)散射模型(WSSUS)。無線信道仿真器模擬了上行數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境，上行數(shù)據(jù)由后臺產(chǎn)生后儲存在單板上的SDRAM中。啟動測試之后，上行數(shù)據(jù)在CPU的控制下通過信道仿真器，然后送達基帶處理板解調(diào)，最后測試數(shù)據(jù)的誤碼率和誤塊率，從而分析基站的上行接收性能。 首先，本文研究了3GPP TS 25.141協(xié)議中對通信設(shè)備測試的要求和無線信道自身的特點，完成了對無線信道仿真器系統(tǒng)設(shè)計方案的吸收和修改。 其次，針對FPGA內(nèi)部資源結(jié)構(gòu)，研究了信道仿真器FPGA實現(xiàn)過程中的困難和資源的消耗，進行了模塊劃分。主要完成了時延模塊、瑞利衰落模塊、背板接口模塊等的RTL級代碼的開發(fā)、仿真、綜合和板上調(diào)試；完成了FPGA和后臺軟件的聯(lián)合調(diào)試；完成了兩天線到四天線的改版工作，使FPGA內(nèi)部的工作頻率翻了一倍，大幅降低了FPGA資源的消耗。 最后，在完成無線信道仿真器的硬件設(shè)計之后，對無線信道仿真器的測試根據(jù)3GPP TS 25.141 V6.13.0協(xié)議中的要求進行，即在數(shù)據(jù)誤塊率(BLER)一定的情況下，對不同信道傳播環(huán)境和不同傳輸業(yè)務(wù)下的信噪比(Eb/No)進行測試，單天線和多天線的測試結(jié)果符合協(xié)議中規(guī)定的信噪比(Eb/No)的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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本文將高效數(shù)字調(diào)制方式QAM和軟件無線電技術(shù)相結(jié)合，在大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA上對16QAM算法實現(xiàn)。在當今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現(xiàn)實意義。 論文對16QAM軟件實現(xiàn)的基礎(chǔ)理論，帶通采樣理論、變速率數(shù)字信號處理相關(guān)抽取內(nèi)插技術(shù)做了推導(dǎo)和分析；深入研究了軟件無線電核心技術(shù)數(shù)字下變頻原理和其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)；對CIC、半帶等高效數(shù)字濾波器原理結(jié)構(gòu)和性能作了研究；16QAM調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計采用自項向下設(shè)計思想；采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環(huán)境下實現(xiàn)代碼輸入；對系統(tǒng)調(diào)試采用了算法仿真和在系統(tǒng)實測調(diào)試相結(jié)合方法。 論文首先對16QAM調(diào)制解調(diào)算法進行系統(tǒng)級仿真，并對實現(xiàn)的各模塊的可行性仿真驗證，在此基礎(chǔ)上，完成了調(diào)制端16QAM信號的時鐘分頻模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、星座映射、8倍零值內(nèi)插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊；解調(diào)器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波，升余弦滾降濾波，以及16QAM解碼等模塊，實現(xiàn)了16QAM調(diào)制器；給出了中頻信號時域測試波形和頻譜圖。本系統(tǒng)在200KHz帶寬下實現(xiàn)了512Kbps的高速數(shù)據(jù)數(shù)率傳輸。論文還對增強型數(shù)字鎖相環(huán)EPLL的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)進行了研究和性能分析。
上傳時間： 2013-07-29
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在超深亞微米技術(shù)工藝下，布局成為超大規(guī)模集成電路物理設(shè)計中至關(guān)重要的一步。由于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programable Gate Array，F(xiàn)PGA)布線資源的預(yù)先確定性，使得FPGA的布局更為重要。本文以建立高性能、低擁擠的布局為目標，從FPGA芯片結(jié)構(gòu)和布局算法兩方面進行了深入研究。論文提出了一種通用的層次式FPGA(HFPGA)結(jié)構(gòu)模型及布局模型，并且給出了該模型的數(shù)學(xué)計算公式；提出將元件之間的層次距離轉(zhuǎn)化為線長的方法，實現(xiàn)了基于線網(wǎng)模型的高精度布局算法：提出利用矩形的對角線元件之間層次來代替線長，從而達到優(yōu)化線長的同時提高布通率的快速布局算法。實驗結(jié)果表明，兩種算法均在北卡羅來納微電子中心(MCNC)學(xué)術(shù)芯片測試案例上取得了較理想的布局實驗效果，為下一步的布線工作建立了良好的基礎(chǔ)接口，并且完成了初始布線的工作。本FPGA結(jié)構(gòu)模型的提出和布局算法的實現(xiàn)也都為工業(yè)界提供了借鑒價值。
上傳時間： 2013-04-24
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