FPGA能夠減少電子系統(tǒng)的開發(fā)風險和開發(fā)成本,縮短上市時間,降低維護升級成本,廣泛地應用在電子系統(tǒng)中.隨著集成電路向著片上系統(tǒng)(SoC)的發(fā)展,需要設計出FPGA IP核用于SoC芯片的設計.該論文的工作圍繞FPGA IP核的設計進行,在FPGA結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化和FPGAIP接口方案設計兩方面進行了研究.設計改進了適用于數(shù)據(jù)通路的FPGA新結(jié)構(gòu)——FDP.設計改進了可編程邏輯單元(LC);對可編程連線作為"2層2類"的層次結(jié)構(gòu)進行組織,進行了改進并確定了各種連線的通道寬度;結(jié)合對迷宮布線算法的分析以及benchmark電路實驗的方法,提出了用于分段式網(wǎng)格連線的開關盒和連接盒新結(jié)構(gòu),提高連線的面積利用效率.在FPGA IP核的接口方案上,基于邊界掃描測試電路提出了FPGA IP核的測試方案;結(jié)合擴展邊界掃描測試電路得到的編程功和自動下載電路,為FPGA IP核提供了具有兩種不同編程方法的編程接口.采用SMIC 0.35um 3層金屬CMOS工藝,實現(xiàn)了一個10萬系統(tǒng)門規(guī)模的FDP結(jié)構(gòu),并和編程、測試接口一起進行版圖設計,試制了FDP100k芯片.FDP100k中包括了32×32個LC,128個可編程IO單元.在FDP100k的芯片測試中,對編程寄存器、各種可編程資源進行測試,并完成電路實現(xiàn)、性能參數(shù)測試以及IP核接口的測試,結(jié)果表明FPGA IP核的整體功能正確.
標簽： FPGAIP
上傳時間： 2013-04-24
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無線局域網(wǎng)(WLAN,Wireless Local Area Network)是未來移動通信系統(tǒng)的重要組成部分.為了滿足用戶高速率、方便靈活的接入互聯(lián)網(wǎng)的需求,WLAN的研究和建設正在世界范圍內(nèi)如火如荼的展開.由于擺脫了有線連接的束縛,無線局域網(wǎng)具有移動性好、成本低和不會出現(xiàn)線纜故障等特點.該文對無線局域網(wǎng)的主流協(xié)議IEEE 802.11a的物理層實現(xiàn)技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究和分析,并采用可編程ASIC器件FPGA,設計實現(xiàn)了物理層基帶處理的關鍵模塊,為今后形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的IP核奠定了基礎.該文研究內(nèi)容得到了天津市信息化辦公室"寬帶無線局域網(wǎng)關鍵技術(shù)研究"項目經(jīng)費的支持.該文在對IEEE 802.11a協(xié)議深入研究的基礎上,提出了物理層的實現(xiàn)方案和功能模塊劃分.重點研究了實現(xiàn)基帶處理的關鍵模塊:FIR濾波器、卷積碼編碼器以及(2,1,7)Viterbi譯碼器的實現(xiàn)算法和硬件結(jié)構(gòu).在Viterbi譯碼器的設計中,
上傳時間： 2013-06-19
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卷積碼是無線通信系統(tǒng)中廣泛使用的一種信道編碼方式。Viterbi譯碼算法是一種卷積碼的最大似然譯碼算法，它具有譯碼效率高、速度快等特點，被認為是卷積碼的最佳譯碼算法。本文的主要內(nèi)容是在FPGA上實現(xiàn)約束長度為9，碼率為1/2，采用軟判決方式的Viterbi譯碼器。 本文首先介紹了卷積碼的基本概念，闡述了Viterbi算法的原理，重點討論了決定Viterbi算法復雜度和譯碼性能的關鍵因素，在此基礎上設計了采用“串-并”結(jié)合運算方式的Viterbi譯碼器，并在Altera EP1C20 FPGA芯片上測試通過。本文的主要工作如下： 1.對輸入數(shù)據(jù)采用了二比特四電平量化的軟判決方式，對歐氏距離的計算方法進行了簡化，以便于用硬件電路方式實現(xiàn)。 2.對ACS運算單元采用了“串-并”結(jié)合的運算方式，和全并行的設計相比，在滿足譯碼速度的同時，節(jié)約了芯片資源。本文中提出了一種路徑度量值存儲器的組織方式，簡化了控制模塊的邏輯電路，優(yōu)化了系統(tǒng)的時序。 3.在幸存路徑的選擇輸出上采用了回溯譯碼方法，與傳統(tǒng)的寄存器交換法相比，減少了寄存器的使用，大大降低了功耗和設計的復雜度。 4.本文中設計了一個仿真平臺，采用Modelsim仿真器對設計進行了功能仿真，結(jié)果完全正確。同時提出了一種在被測設計內(nèi)部插入監(jiān)視器的調(diào)試方法，巧妙地利用了Matlab算法仿真程序的輸出結(jié)果，提高了追蹤錯誤的效率。 5.該設計在Altera EP1C20 FPGA芯片上通過測試，最大運行時鐘頻率110MHz，最大譯碼輸出速率10.3Mbps。 本文對譯碼器的綜合結(jié)果和Altera設計的Viterbi譯碼器IP核進行了性能比較，比較結(jié)果證明本文中設計的Viterbi譯碼器具有很高的工程實用價值。
上傳時間： 2013-07-23
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本文以某型號接收機的應用為背景，主要論述了如何實現(xiàn)基于FPGA的參數(shù)化的Viterbi譯碼器的知識產(chǎn)權(quán)(IP)核。文中詳細論述了譯碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、VerilogHDL(硬件描述語言)實現(xiàn)、仿真測試等。這些可變的參數(shù)包括：碼型、ACS(加比選)單元的數(shù)目、軟判決比特數(shù)、回溯深度等。用戶可以根據(jù)自己的需要設置不同的參數(shù)由開發(fā)工具生成不同的譯碼器用于不同的系統(tǒng)。 本文的創(chuàng)新之處在于,針對FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出了一種新的累加度量RAM的組織形式，大大節(jié)省了嵌入式RAM塊；提出了一種新的累加度量值的歸一化辦法；此外還給出了用Matlab建模得到軟判決信息輔助仿真工具進行電路仿真的方法，大大提高了仿真的速度。 所設計的(2，1，7)連續(xù)型5比特軟判決譯碼器已經(jīng)應用于某型號接收機，經(jīng)受了實際應用的考驗產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。
上傳時間： 2013-04-24
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USB2．0接口和基于ARM核的SOC系統(tǒng)的應用已經(jīng)非常廣泛，特別在電子消費類領域。包含USB2,0接口的ARM系統(tǒng)則更是市場的需求。本文介紹一種基于ARM核的USB2,0接口IP(AHB_USB2.0)的設計，主要對其中的串行接口引擎(SIE)的設計進行討論。 該 AHB_USB2.0 IP核支持USB2.0協(xié)議，并兼容USB1.1協(xié)議；支持AMBA2.0協(xié)議和UTMI 1.05協(xié)議。該IP核一側(cè)通過UTMI接口或ULPI接口的PHY與USB2.0主機端進行通信；另一側(cè)則通過AHB總線與ARM相連。 AHB_USB2.0 IP核在硬件上分為三個大模塊：ULPI模塊(ULPI)、串行接口引擎(SIE)模塊和AHB總線接口模塊(AHB)。ULPI模塊實現(xiàn)了UTMI接口轉(zhuǎn)ULPI接口。串行接口引擎(SIE)模塊為USB2.0的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議處理模塊，為整個IP核的核心部分，進一步分為四個子模塊——GLC(全局控制模塊)，PIE(PHY接口處理引擎)，SIF(系統(tǒng)接口邏輯)和EPB(端點緩沖模塊)。GLC模塊負責整個IP的復位控制，IP時鐘的開關提示等；PIE模塊負責處理USB的事務級傳輸，包括組包解包等；SIF模塊負責協(xié)議相關寄存器組和端點緩沖區(qū)的讀寫，跨時鐘域信號的處理和PIE所需的控制信號的產(chǎn)生；AHB模塊負責IP核與ARM通信和DMA功能的實現(xiàn)。 該IP核的軟件設計遵循USB協(xié)議，Bulk Only協(xié)議和UFI協(xié)議，由外掛ARM實現(xiàn)USB設備命令和UFI命令的解析，并執(zhí)行相應的操作。設計了IP核與ARM之間的多種數(shù)據(jù)傳輸方法，通過軟件實現(xiàn)常規(guī)數(shù)據(jù)讀寫訪問、內(nèi)部DMA或外部DMA等多種方式的切換。 本IP已經(jīng)通過EDA驗證和FPGA測試，并且已經(jīng)在內(nèi)嵌ARM核的FPGA系統(tǒng)上實現(xiàn)了多個U盤。這個FPGA系統(tǒng)的正確工作，證明了AHB_USB2.01P核設計是正確的。
上傳時間： 2013-05-17
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本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)著手，研究了AES算法的設計原則、數(shù)學知識、整體結(jié)構(gòu)、算法描述以及AES存住的優(yōu)點利局限性。 針對ARM核的體系結(jié)構(gòu)及特點，對AES算法進行了優(yōu)化設計，提出了從AES算法本身和其結(jié)構(gòu)兩個方面進行優(yōu)化的方法，在算法本身優(yōu)化方面是把加密模塊中的字節(jié)替換運算、列混合運算和解密模塊中的逆列混合運算中原來的復雜的運算分別轉(zhuǎn)換為簡單的循環(huán)移位、乘和異或運算。在算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面是在輸入輸山接口上采用了4個32位的寄存器對128bits數(shù)據(jù)進行了并行輸入并行輸出的優(yōu)化設計；在密鑰擴展上的優(yōu)化設計是采用內(nèi)部擴展，即在進行每一輪的運算過程的同時算出下一輪的密鑰，并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里，使得密鑰擴展與加/解密運算并行執(zhí)行；加密和解密優(yōu)化設計是將輪函數(shù)查表操作中的四個操作表查詢工作合并成一個操作表查詢工作，同時為了使加密代碼在解密代碼中可重用，節(jié)省硬件資源，在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。 根據(jù)上述的優(yōu)化設計，基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的ADS開發(fā)環(huán)境，提出了AES實現(xiàn)的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實現(xiàn)方案以及測試方案，總結(jié)了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規(guī)則，在集成開發(fā)環(huán)境下對算法進行了實現(xiàn)，分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結(jié)果，并得劍了正確驗證。在性能測試的過程中應用編譯器的優(yōu)化選項和其它優(yōu)化技巧優(yōu)化了算法，使算法具有較高的加密速度。
標簽： ARM AES 嵌入式系統(tǒng) 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-04-24
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在數(shù)字電視系統(tǒng)中，MPEG-2編碼復用器是系統(tǒng)傳輸?shù)暮诵沫h(huán)節(jié)，所有的節(jié)目、數(shù)據(jù)以及各種增值服務都是通過復用打包成傳輸流傳輸出去。目前，只有少數(shù)公司掌握復用器的核心算法技術(shù)，能夠采用MPEG-2可變碼率統(tǒng)計復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，因此對復用器的研究開發(fā)非常重要。本文針對復用器及其接口技術(shù)進行研究并設計出成形產(chǎn)品。 文中首先對MPEG-2標準及NIOS Ⅱ軟核進行分析。重點研究了復用器中的部分關鍵技術(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，給出了設計方法，并通過了硬件驗證。 本文的主要工作如下： ●首先對復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。給出復用器的整體方案以及ASI接口和DS3接口設計方案。 ●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接口設計。并對幀同步設計進行改進。 ●完成部分PCB版圖設計，并進行調(diào)試監(jiān)測。 本復用器設計最大特點是將軟件設計和硬件設計進行合理劃分，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)設計更加靈活，且軟件設計與硬件設計可同時進行，極大的提高了工作效率。 整個項目設計采用verilog和c兩種語言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE兩種設計平臺下設計實現(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流復用器，經(jīng)測試達到了預期的性能和技術(shù)指標。
上傳時間： 2013-06-10
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當今電子系統(tǒng)的設計是以大規(guī)模FPGA為物理載體的系統(tǒng)芯片的設計，基于FPGA的片上系統(tǒng)可稱為可編程片上系統(tǒng)(SOPC)。SOPC的設計是以知識產(chǎn)權(quán)核(IPCore)為基礎，以硬件描述語言為主要設計手段，借助以計算機為平臺的EDA工具進行的。 本文在介紹了FPGA與SOPC相關技術(shù)的基礎上，給出了SOPC技術(shù)開發(fā)調(diào)制解調(diào)器的方案。在分析設計軟件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ開發(fā)軟件進行SOPC(System On a Programmable Chip)設計流程后，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實現(xiàn)方案，模塊化的設計方法大大縮短了調(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)器的過程中，用MATLAB/Simulink的圖形方式調(diào)用Altera DSP Builder和其他Simulink庫中的圖形模塊(Block)進行系統(tǒng)建模，在Simulink中仿真通過后，利用DSP Builder將Simulink的模型文件(．mdl)轉(zhuǎn)化成通用的硬件描述語言VHDL文件，從而避免了VHDL語言手動編寫系統(tǒng)的煩瑣過程，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，進一步提高了開發(fā)效率。 在進行編譯、仿真調(diào)試成功后，經(jīng)過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)實現(xiàn)方案。
上傳時間： 2013-05-28
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分析了ZCS PWM DC/DC變換器電路的工作原理,探討了主要參數(shù)的設定,并建立了基于Matlab的仿真模型,通過選擇參數(shù)對仿真模型和程序進行校核和調(diào)試.
上傳時間： 2013-11-02
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對於輸出電壓處於輸入電壓範圍之內(nèi) (這在鋰離子電池供電型應用中是一種很常見的情形) 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器設計，可供采用的傳統(tǒng)解決方案雖有不少，但迄今為止都不能令人非常滿意
上傳時間： 2013-11-19
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