《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統，學生通過實驗環節，可以進一步融會貫通學習內容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統的功能，提高系統的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，FPGA芯片具有重復編程能力，使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念，使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據不同的實驗要求，規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域，目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環境下，基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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本文設計和實現了基于FPGA的數字下變頻器DDC，用于寬帶數字中頻軟件無線電接收機中。采用自上向下的模塊化設計方法，將DDC的功能劃分為基本單元，實現這些功能模塊并組成模塊庫。在具體應用時，優化配置各個模塊來滿足具體無線通信系統性能的要求。這樣做比傳統ASIC數字下變頻器具有更好的可編程性和靈活性，從而滿足不同的工程設計需求。 首先闡述了軟件無線電中關鍵的數字信號處理技術，包括中頻處理中的下變頻技術、抽取技術以及帶通采樣技術。利用MATLAB的Simulink完成了對系統的設計與仿真，驗證了設計的正確性。之后用QuartusII進行了基于FPGA抽取濾波器和NCO等關鍵模塊的設計，編譯后進行了時序仿真，最后在PCB板上實現了實際電路并應用于工程項目中。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著數字圖像處理的應用領域不斷擴大，實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心，并實現了PCI接口的圖像采集壓縮系統。整個系統采用了自頂向下的設計方案，先把系統分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對專用視頻轉換器SAA7111A進行控制，因為SAA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對SAA7111A的控制，并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數據模塊、總線管理模塊等，實現把標準的模擬視頻信號轉換成數字視頻信號并采集的功能。 其次，在了解PCI規范的前提下，深入地分析了PCI時序和地址配置空間等，設計了簡化邏輯的狀態機，并用VHDL硬件描述語言設計了程序，完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內部的實現，達到了一33MHz、32位數據寬度、支持猝發傳輸的PCI從設備模塊的接口功能，與傳統的使用PCI專用接口芯片來實現的PCI接口比較來看，更加節約了系統的邏輯資源，降低了成本，增加了設計的靈活性。 再次，設計了WINDOWS下對PCI接口的驅動程序。驅動程序可以選擇不同的方法來完成，當然每個方法都有自己的特點，對幾種主要設計驅動程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統端口和內存映射的設計、中斷服務的設計等，用VC++語言編寫了驅動程序。 最后，考慮到增加系統的實用性和完備性，還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統完成后，再額外地把采集來的視頻數據通過另一路數據通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統中，這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的，同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口，使壓縮后的數據存儲到硬盤中。
上傳時間： 2013-06-01
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本文完成了一種高速高性能數字脈沖壓縮處理器的設計和FPGA實現，包括系統架構設計、方案論證及仿真、算法實現、結果的測試等。 緒論部分首先闡明了本課題研究的背景和意義，概述了雷達數字脈沖壓縮系統的主要研究內容，關鍵技術及其發展趨勢，然后介紹了數字脈沖壓縮系統設計與實現的要求，最后給出了本文的主要研究內容。 第二章敘述了線性調頻信號脈沖壓縮的基本原理，對系統設計的實現方法進行了實時性方面的論證，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章從數字系統結構化設計方面將本系統劃分為三個部分：輸入部分、脈壓計算部分、輸出部分，并在流程圖中對各部分所要實現的功能做了介紹。 第四章首先總結了數字脈沖壓縮的實現途徑；提出了基于自定制浮點數據格式和分時復用蝶型結構的數字脈沖壓縮系統設計思想，對其關鍵技術進行了深入的研究。 第五章對輸入輸出模塊的功能做了詳細的描述，設計了具體的結構和電路。 第六章針對系統的測試驗證，提出面向SOC的模塊驗證和系統軟硬協同驗證的驗證策略。通過Link for Modelsim工具，實現MATAB與Modelsim之間對VHDL代碼的聯合仿真測試，通過在線邏輯分析工具ChipScope，完成系統的片上測試，并分析系統的性能，證明系統的可實用性。滿足設計的要求。 本文研制的數字脈沖壓縮處理器具有動態范圍大、處理精度高、處理能力強、體積小、重量輕、實時性好的優點，為設計高性能的現代雷達信號處理系統提供了可靠的保證。
上傳時間： 2013-07-01
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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復雜度大，導致其譯碼延時大，故而在工程中的應用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數和最大迭代次數均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統開發板。該開發板可提供高速以太網MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統需求。系統測試結果表明，本文所實現的并行Turbo編譯碼器及其開發板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現相關技術。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設計與實現，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構，使用SOC架構處理系統和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統的架構。第四章介紹了FPGA系統開發板設計與調試的一些工作。最后一章為本文總結及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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自適應濾波器是智能天線技術中核心部分-自適應波束成形器的關鍵技術，算法的高效穩定性及硬件時鐘速率的快慢是判斷波束成形器性能優劣的主要標準。 首先選取工程領域最常用的自適應橫向LMS濾波算法作為研究對象，提出了利用最小均方誤差意義下自適應濾波器的輸出信號與主通道噪聲信號的等效關系，得到濾波器最佳自適應參數的方法。并分析了在平穩和非平穩環境噪聲下，濾波器的收斂速度、權系數穩定性、跟蹤輸入信號的能力和信噪比的改善等特性。 在分析梯度自適應格型算法的基礎上，提出利用最佳反射系數的收斂性和穩定性，得到了梯度自適應格型濾波器的定步長改進方法；并以改進的梯度自適應格型和線性組合器組成梯度自適應格型聯合處理算法，在同樣環境噪聲下，相比自適應橫向LMS算法，其各項性能指標都得到了極大地改善，而且有利于節省硬件資源。 設計了自適應橫向LMS濾波器和梯度自適應格型聯合處理濾波器的電路模型，并用馳豫超前技術對兩類濾波器進行了流水線優化。利用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C5T144C6芯片和多種EDA工具，完成了濾波器的FPGA硬件設計與仿真實現。并以FPGA實現的3節梯度自適應格型聯合處理器為核心，設計了一種TD-SCDMA系統的自適應波束成形器，分析表明可以很好地利用系統提供的參考信號對下行波束進行自適應成形。
上傳時間： 2013-07-16
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JPEG是聯合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯合制定的靜態圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數據量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態圖像，進行JPEG編碼，通過網絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統實現的角度出發，首先分析了系統開發平臺，介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發展的歷程出發，分析JPEG標準實現高壓縮比高質量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發生頻率進行優化的霍夫曼查找表結構，并且從系統整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現整個JPEG實時圖像編解碼系統(soc)。 在FPGA上實現硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩定，圖像恢復后質量高等優點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統中以及廣電系統中前期的非線性編輯工作以及數字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現實意義。通過在FPGA上實現JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數字圖像處理上的優勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：shangdafreya
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
上傳用戶：宋桃子
隨著信號處理技術的進步和電子技術的發展，雷達信號偵察接收機逐漸從模擬體制向數字體制轉變。軟件無線電概念的提出，促使雷達偵察接收機朝大帶寬、全截獲方向發展，現有的串行信號處理體制已經很難滿足系統要求。FPGA器件的出現，為實現寬帶雷達信號偵察數字接收機提供了硬件支持。 本文結合FPGA芯片特點，在前人研究基礎上，從算法和硬件實現兩方面，對雷達信號偵察數字接收機若干關鍵技術進行了研究和創新，主要研究內容包括以下幾個方面。 1)給出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的兩種FPGA設計聯合仿真技術。這種聯合仿真技術，大大提高了基于FPGA的雷達信號偵察數字接收機的設計效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數字正交變換算法，并將該算法在FPGA中進行了硬件實現，設計可對600MHz帶寬內的輸入信號進行實時正交變換。 3)提出了一種全并行結構FFT的FPGA實現方案，并將其在FPGA芯片中進行了硬件實現，設計能夠在一個時鐘周期內完成32點并行FFT運算，滿足了數字信道化接收機對數據處理速度的要求。 4)提出了一種自相關信號檢測FPGA實現方案，通過改變FIFO長度改變自相關運算點數，實現了弱信號檢測。提出通過二次門限處理來消除檢測脈沖中的毛刺和凹陷，降低了虛警概率，提高了檢測結果的可靠性。 5)在單通道自相關信號檢測算法基礎上，提出采用三路并行檢測，每路采用不同的相關點數和檢測門限，再綜合考慮三路檢測結果，得到最終檢測結果。給出了算法FPGA實現過程，并對設計進行了聯合時序仿真，提高了檢測性能。 6)給出了一種利用FFT變換后的兩根最大譜線進行插值的快速高精度頻率估計方法，并將該算法在FPGA硬件中進行了實現。通過利用FFT運算后的實/虛部最大值進行插值，降低了硬件資源消耗、縮短了運算延遲。 7)結合4)、5)、6)中的研究成果，完成了對雷達脈沖信號到達時間、終止時間、脈沖寬度和脈沖頻率的估計，最終在一塊FPGA芯片內實現了一個精簡的雷達信號偵察數字接收機，并在微波暗室中進行了測試。
上傳時間： 2013-06-13
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提出通過對分塊圖像的DCT 系數進行動態范圍壓縮來改進傳統的基于DCT 變換的圖像自嵌入水印算法，并結合灰度變換函數與JPEG 標準量化表重新設計了DCT 系數碼長分配表，大幅度提升了量化過程保留的圖
上傳時間： 2013-07-28
上傳用戶：小鵬
