隨著現(xiàn)代DSP、FPGA等數(shù)字芯片的信號處理能力不斷提高，基于軟件無線電技術(shù)的現(xiàn)代通信與信息處理系統(tǒng)也得到了更為廣泛的應用。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件系統(tǒng)作為其應用平臺，把盡可能多的無線及個人通信和信號處理的功能用軟件來實現(xiàn)，從而將無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)逐步轉(zhuǎn)移到軟件上來。另一方面，現(xiàn)代信號處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理速度、處理精度和動態(tài)范圍的要求也越來越高，需要每秒完成幾千萬到幾百億次運算。因此研制具備高速實時信號處理能力的通用硬件平臺越來越受到業(yè)界的重視。 @@ 目前的高速實時信號處理系統(tǒng)一般均采用DSP+FPGA的架構(gòu)，其中DSP主要負責完成系統(tǒng)通信和基帶信號處理算法，而FPGA主要完成信號預處理等前端算法，并提供系統(tǒng)常用的各種外部接口邏輯。本文的主要工作就在于完成通用型高速實時信號處理系統(tǒng)的FPGA軟件設計。 @@ 本文提出了一種基于多DSP與FPGA的通用高速實時信號處理系統(tǒng)的架構(gòu)。綜合考慮各方面因素，作者選擇使用兩片ADSP-TS201浮點DSP以混合耦合模型構(gòu)成系統(tǒng)信號處理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系統(tǒng)所需的各種接口，包括與ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外設接口。此外，作者還選擇了ADSP-BF533定點DSP加入系統(tǒng)當中以擴展系統(tǒng)音視頻信號處理能力，體現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計正逐漸成為現(xiàn)代FPGA應用的一個熱點。結(jié)合課題需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze軟核處理器為核心在Virtex-5片內(nèi)設計了一個嵌入式系統(tǒng)，完成了對CF卡、DDR2 SDRAM存儲器的讀寫控制，并利用片內(nèi)集成的三態(tài)以太網(wǎng)MAC硬核模塊，實現(xiàn)了系統(tǒng)與上位PC機之間的以太網(wǎng)通信鏈路。此外，為擴展系統(tǒng)功能，適應未來可能的軟件升級，進一步提高系統(tǒng)的通用性，還將嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II移植到MicroBlaze處理器上。 @@ 最后，作者介紹了基于Xilinx RocketIO GTP收發(fā)器的高速串行傳輸設計的關(guān)鍵技術(shù)和基本的設計方法，充分體現(xiàn)了目前高速實時信號處理系統(tǒng)的發(fā)展要求和趨勢。 @@關(guān)鍵詞：高速實時信號處理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系統(tǒng)；MicroBlaze
標簽： FPGA 實時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-17
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近年來，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術(shù)取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號處理系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規(guī)模FPGA單片系統(tǒng)的片上可編程系統(tǒng)(SOPC)的靈活設計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統(tǒng)的通用信號處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構(gòu)型不強，F(xiàn)PGA解決了這一問題，并且現(xiàn)有的FPGA中，多數(shù)已集成DSP模塊，結(jié)合FPGA較強的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號處理系統(tǒng)具有很強的可實施性。 @@ 基于上述要求，作者設計和完成了一個基于多FPGA的通用實時信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實時數(shù)據(jù)。作者通過全面的分析，設計了核心板、底板和應用板分離系統(tǒng)架構(gòu)。該平臺能夠根據(jù)實際需求進行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術(shù)，從而使得數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定的以非常高的速率進行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設計范疇，因此必須重視信號完整性的設計與分析問題，作者根據(jù)高速電路的設計慣例和軟件輔助設計的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎(chǔ)上，順利地完成了PCB繪制與調(diào)試工作。 @@ 作為系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設計過程中出現(xiàn)的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數(shù)據(jù)通道接口和DDR2存儲器接口設計決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進行了詳細的闡述和驗證。并結(jié)合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設計工作，對其中的部分接口進行了邏輯驗證。 @@ 經(jīng)過測試，該通用的信號處理平臺具有實時性好、通用性強、可擴展和可重構(gòu)等特點，能夠滿足當前一些信號處理系統(tǒng)對高速、實時處理的要求，可以廣泛應用于實時信號處理領(lǐng)域。通過本平臺的研究和開發(fā)工作，為進一步研究和設計通用、實時信號處理系統(tǒng)打下了堅實的基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞：通用實時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
標簽： FPGA 實時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-27
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移動無線信道特性對移動通信系統(tǒng)性能具有重要影響，移動信道建模和仿真對移動通信系統(tǒng)的研發(fā)具有重要意義。因此，對移動信道建模與仿真進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。 本文從無線電波的傳播特點出發(fā)，分析了無線電波的傳播模型和描述信道特性的主要參數(shù)，重點分析了移動小尺度衰落模型；結(jié)合無線電波傳輸環(huán)境的特點，研究了平坦衰落信道和頻率選擇性信道的特點，設計了基于FPGA的移動無線信道仿真器，同時給予了軟硬件驗證。 本文從衰落的數(shù)學模型角度研究了信道傳輸特性，以及各項參數(shù)對信道特性的影響。主要做了以下幾個方面的工作： 1.簡要介紹了無線電通信的發(fā)展史及信道建模與仿真的意義；論述了信道對無線信號主要的三類影響：自由空間的路徑損失、陰影衰落、多徑衰落；分析了無線通信傳播環(huán)境，移動無線通信信道仿真的基本模型，同時介紹了用正弦波疊加法和成型濾波器法建立信道確定型仿真模型的具體實現(xiàn)方法。 2.對移動無線信道特性進行了Matlab仿真，對仿真結(jié)果進行了對比分析，對影響信道特性的主要參數(shù)設置進行了分析仿真。 3.設計了一種基于FPGA的移動無線信道仿真器，并對實現(xiàn)該仿真器的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方法進行了分析。該信道仿真器能夠?qū)崟r模擬窄帶信號條件下無線信道的主要特點，如多徑時延、多普勒頻移、瑞利衰落等，其主要的技術(shù)指標達到了設計要求。該模擬器結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)可調(diào)，易于擴展，通用性強，可以部分或全部集成到處于研制階段的接收機中，以便于性能測試，也可應用于教學實踐。
上傳時間： 2013-04-24
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MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級工業(yè)標準的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標準，其優(yōu)秀性使之成為過去十年應用最為廣泛的標準，也是未來十年影響力最為廣泛的標準之一。 本文以MPEG-2視頻標準為研究內(nèi)容，建立系統(tǒng)級設計方案，設計FPGA原型芯片，并在FPGA系統(tǒng)中驗證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實現(xiàn)ASIC的前端設計。完成的主要工作包括以下幾個方面： 1.完成解碼系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設計，采用了自頂而下的設計方法，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能單元的劃分；根據(jù)其視頻解碼的特點，確定解碼器的控制方式；把視頻數(shù)據(jù)分文幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的并行解碼。 2.實現(xiàn)了具體模塊的設計：根據(jù)本文研究的要求，在比特流格式器模塊設計中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數(shù)據(jù)解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實現(xiàn)，大大減少了變長數(shù)據(jù)解碼的時間；IQ、IDCT模塊采用流水的設計方法，減少數(shù)據(jù)計算的時間：運動補償模塊，針對模塊數(shù)據(jù)運算量大和訪問幀存儲器頻繁的特點，采用四個插值單元同時處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結(jié)構(gòu)等方法來加快運動補償速度。 3.根據(jù)視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統(tǒng)的仿真結(jié)果和軟件結(jié)果的比較來驗證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了解碼系統(tǒng)的原型芯片驗證，取得了良好的解碼效果。 整個設計采用Verilog HDL語言描述，通過了現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的原型驗證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經(jīng)過實際視頻碼流測試，本文設計可以達到MPEG-2視頻主類主級的實時解碼的技術(shù)要求。
上傳時間： 2013-07-27
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質(zhì)、復雜度與壓縮比的完美折中，占據(jù)著廣闊的市場，不僅在互聯(lián)網(wǎng)上廣為流傳，而且在便攜式設備領(lǐng)域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設計方法，實現(xiàn)FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關(guān)步驟，以減少緩沖區(qū)存儲單元的容量和訪存次數(shù)。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內(nèi)部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結(jié)果的緩存區(qū)單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術(shù)，設置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續(xù)訪問公共緩存技術(shù)，合理規(guī)劃各計算子模塊的工作時序，將數(shù)據(jù)計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區(qū)特性，有效地減少數(shù)據(jù)計算量，加快了數(shù)據(jù)處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發(fā)板為平臺，實現(xiàn)MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內(nèi)的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統(tǒng)頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結(jié)果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質(zhì)良好。
上傳時間： 2013-07-01
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安川變頻器的大功率逆變電路很有特色，它沒有采用負電源，值得大家學習。
上傳時間： 2013-07-28
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數(shù)字高清電視是當前世界上最先進的圖像壓縮編碼技術(shù)和數(shù)字傳輸技術(shù)的結(jié)合，是高技術(shù)競爭的焦點之一。其中，信道處理系統(tǒng)及其相關(guān)芯片更是集中了數(shù)字信號處理、前向糾錯編解碼等數(shù)字電視傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)，成為設計和開發(fā)整個數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文以衛(wèi)星數(shù)字電視的信道處理系統(tǒng)為對象，結(jié)合國際通行的DVB-S/S2標準，研究了該系統(tǒng)在發(fā)射端的設計與實現(xiàn)所涉及到的一系列內(nèi)容。 本文介紹了數(shù)字電視的發(fā)展概況和主要標準，特別是對我國衛(wèi)星電視的發(fā)展進行了詳細的介紹。然后，本文DVB-S/S2信道處理系統(tǒng)的基本原理進行了介紹和分析，主要包括RS碼、卷積碼、BCH碼、LDPC碼等的差錯編碼的基本原理，以及基帶信號處理的基本原理。在此基礎(chǔ)上對兩種系統(tǒng)的傳輸性能和DVB-S2的后向兼容系統(tǒng)分別進行了基于Matlab的仿真。最后闡述了基于FPGA的DVB-S調(diào)制器的信道編碼和調(diào)制實現(xiàn)，按功能對DVB-S/S2信道編碼過程進行模塊分解，并針對每個模塊進行工作原理分析、算法分析、HDL描述、時序仿真及FPGA實現(xiàn)。DVB-S/S2調(diào)制器的核心是信道編碼和調(diào)制部分，利用FPGA在數(shù)字信號處理方面的優(yōu)勢，本文重點對其中的幾個關(guān)鍵模塊，包括RS編碼、卷積交織器、卷積編碼、BCH編碼、LDPC編碼等的實現(xiàn)算法進行了比較詳細的分析，并通過HDL描述和時序仿真來驗證算法正確性。
上傳時間： 2013-07-10
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高速、高精度已經(jīng)成為伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，而位置檢測環(huán)節(jié)是決定伺服系統(tǒng)高速、高精度性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。光電編碼器作為伺服驅(qū)動系統(tǒng)中常用的檢測裝置，根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理的不同分為增量式和絕對式。本文從原理上對增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器做了深入的分析，通過對比它們的特性，得出了絕對式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)論。 絕對式光電編碼器精度高、位數(shù)多的特點決定其通信方式只能采取串行傳輸方式，且由相應的通信協(xié)議控制信息的傳輸。本文首先針對編碼器主要生產(chǎn)廠商日本多摩川公司的絕對式光電編碼器，深入研究了通信協(xié)議相關(guān)的硬件電路、數(shù)據(jù)幀格式、時序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開發(fā)語言硬件描述語言Verilog HDL，并對基于FPGA的絕對式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎(chǔ)上，采用自頂向下的設計方法，將整個接口電路劃分成發(fā)送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個模塊，各個模塊采用Verilog語言進行描述設計編碼器接口電路。最終的設計在相關(guān)硬件電路上實現(xiàn)。最后，通過在TMS320F2812伺服控制平臺上編寫的硬件驅(qū)動程序驗證了整個設計的各項功能，達到了設計的要求。
上傳時間： 2013-07-11
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自香農(nóng)先生于1948年開創(chuàng)信息論以來，經(jīng)過將近60年的發(fā)展，信道編碼技術(shù)已經(jīng)成為通信領(lǐng)域的一個重要分支，各種編碼技術(shù)層出不窮。目前廣泛研究的低密度奇偶校驗(LDCP)碼是由R.G.Gallager先生提出的一種具有逼近香農(nóng)限性能的優(yōu)秀糾錯碼，并已在數(shù)字電視、無線通信、磁盤存儲等領(lǐng)域得到大量應用。 目前數(shù)字電視已經(jīng)成為最熱門的話題之一，用手機看北京奧運，已經(jīng)成為每一個中國人的夢想。最近兩年我國頒布了兩部與數(shù)字電視有關(guān)的通信標準，分別是數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴?DMB-TH)和移動多媒體(CMMB)即俗稱的手機電視標準。數(shù)字電視正與每個人走得越來越近，我國預期在2015年全面實現(xiàn)數(shù)字電視并停止模擬電視的播出。作為數(shù)字電視標準的核心技術(shù)之一的前向糾錯碼技術(shù)已經(jīng)成為眾多科研單位的研究熱點，相應的編解碼芯片更成為重中之重。在DMB-TH標準中用到了LDPC碼和BCH碼的級聯(lián)編碼方式，在CMMB標準中用到了LDPC碼和RS碼的級聯(lián)編碼方式，在DVB-S2標準中用到了LDPC碼和BCH碼的級聯(lián)編碼方式。 本論文以目前最重要的三個與數(shù)字電視相關(guān)的標準：數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴?DMB-TH)、手機電視標準(CMMB)以及數(shù)字衛(wèi)星電視廣播標準(DVB-S2)為切入點，深入研究它們的編碼方式，設計了這三個標準中的LDPC碼編碼器，并在FPGA上實現(xiàn)了前兩個標準的編碼芯片，實現(xiàn)了DMB-TH標準中0.4、0.6以及0.8三種碼率的復用。在研究CMMB標準中編碼器設計時，提出一種改進的LU分解算法，該分解方式適合任意的H矩陣，具有一定的廣泛性。測試結(jié)果表明，芯片邏輯功能完全正確，速度和資源消耗均達到了標準的要求，具有一定的商用價值。
上傳時間： 2013-07-07
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“計算機組成原理”是計算機專業(yè)的一門核心課程。傳統(tǒng)的計算機組成原理實驗是在指令格式、尋址方式、運算器、控制器、存儲器等都相對固定的情況下進行，學生主要進行功能實現(xiàn)和驗證，缺少自主設計和創(chuàng)新過程。 為改變這種狀況，須更新現(xiàn)有的計算機組成原理實驗系統(tǒng)。采用FPGA芯片作為載體，使用EDA開發(fā)工具，用硬件描述語言實現(xiàn)不同的硬件邏輯，再與硬件的輸入輸出接口線路相連，最終組成一臺可用于組成實驗教學的完整計算機系統(tǒng)。這期間學生將掌握組成原理實驗系統(tǒng)的各個部件的功能及其相互之間如何協(xié)作。本實驗系統(tǒng)能夠讓學生完成有關(guān)計算機組成原理的部件實驗和整機實驗：部件實驗包括加法器、乘法器、除法器、算術(shù)邏輯運算單元、控制器、存儲器等；整機實驗可以獨立實現(xiàn)各部件的功能描述。該系統(tǒng)能夠幫助學生鞏固課堂知識并增強設計能力。 為實現(xiàn)上述目的，依據(jù)EDA技術(shù)的開發(fā)流程和方法，建立了一個完整的體系，其中包括控制模塊、內(nèi)存模塊、運算器模塊、通用寄存器組及其控制部件、程序計數(shù)器、地址寄存器、指令寄存器、時序部件、數(shù)據(jù)控制部件、狀態(tài)值控制部件，以及為幫學生調(diào)試而專門設計的輸出觀察部件。在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境下，使用Altera公司FPGA芯片，采用VHDL，語言設計并實現(xiàn)了上述模塊。經(jīng)過仿真測試，所實現(xiàn)的各功能模塊作為獨立部件時能完成各自功能：而將這些部件組合起來的整機系統(tǒng)，可以執(zhí)行程序段和進行各種運算處理，達到了設計要求。
標簽： FPGA 計算機組成原理 實驗系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-01
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