隨著集成電路的設計規模越來越大，FPGA為了滿足這種設計需求，其規模也越做越大，傳統平面結構的FPGA無法滿足實際設計需求。首先是硬件設計上的很難控制，其次就是計算機軟件面臨很大挑戰，所有復雜問題全部集中到布局布線(P&R)這一步，而實際軟件處理過程中，P&R所占的時間比例是相當大的。為了緩解這種軟件和硬件的設計壓力，多層次化結構的FPGA得以采用。所謂層次化就是可配置邏輯單元內部包含多個邏輯單元(相對于傳統的單一邏輯單元)，并且內部的邏輯單元之間共享連線資源，這種結構有利于減少芯片面積和提高布通率。與此同時，FPGA的EDA設計流程也多了一步，那就是在工藝映射和布局之間增加了基本邏輯單元的裝箱步驟，該步驟既可以認為是工藝映射的后處理，也可認為是布局和布線模塊的預處理，這一步不僅需要考慮打包，還要考慮布線資源的問題。裝箱作為連接軟件前端和后端之間的橋梁，該步驟對FPGA的性能影響是相當大的。 本文通過研究和分析影響芯片步通率的各種因素，提出新的FPGA裝箱算法，可以同時減少裝箱后可配置邏輯單元(CLB)外部的線網數和外部使用的引腳數，從而達到減少布線所需的通道數。該算法和以前的算法相比較，無論從面積，還是通道數方面都有一定的改進。算法的時間復雜度仍然是線性的。與此同時本文還對FPGA的可配置邏輯單元內部連線資源做了分析，如何設計可配置邏輯單元內部的連線資源來達到即減少面積又保證芯片的步通率，同時還可以提高運行速度。 另外，本文還提出將電路分解成為多塊，分別下載到各個芯片的解決方案。以解決FPGA由于容量限制，而無法實現某些特定電路原型驗證。該算法綜合考慮影響多塊芯片性能的各個因數，采用較好的目標函數來達到較優結果。
上傳時間： 2013-04-24
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在數字電視系統中，MPEG-2編碼復用器是系統傳輸的核心環節，所有的節目、數據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，只有少數公司掌握復用器的核心算法技術，能夠采用MPEG-2可變碼率統計復用方法提高帶寬利用率，保證高質量圖像傳輸。由于目前正處廣播電視全面向數字化過渡期間，市場潛力巨大，因此對復用器的研究開發非常重要。本文針對復用器及其接口技術進行研究并設計出成形產品。 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：PSI信息提取及重構算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校驗算法，給出了實現方法，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語言實現了PSI信息提取與重構算法。 ●給出了實現快速的PID映射方法，并根據FPGA特點給出一種新的PID映射方法，減少了邏輯資源的使用，提高了穩定性。 ●采用Verilog設計了SI信息提取與重構的硬件平臺，并用c語言實現了SDT表的提取與重構算法，在FPGA中成功實現了動態分配內存空間。 ●在FPGA上實現了．ASI接口，主要分析了位同步的實現過程，實現了一種新的快速實現字節同步的設計。 ●在FPGA上實現了DS3接口，提出并實現了一種兼容式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，并進行調試監測。 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，PSI信息算法主要采用c語言實現。這種軟硬件的劃分使系統設計更加靈活，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。根據此方案已經開發出兩臺帶有ASI和DS3接口的數字電視TS流復用器，經測試達到了預期的性能和技術指標。
上傳時間： 2013-06-10
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隨著科學技術水平的不斷提高，在科研和生產過程中為了更加真實的反映被測對象的性質，對測試系統的性能要求越來越高。傳統的測試裝置，由于傳輸速度低或安裝不便等問題已不能滿足科研和生產的實際需要。USB技術的出現很好的解決了上述問題。USB總線具有支持即插即用、易于擴展、傳輸速率高(USB2.0協議下為480Mbps)等優點，已逐漸得到廣泛的應用。 本課題研究并設計了一套基于USB2.0的數據采集系統。論文首先詳細介紹了USB總線協議，然后從系統的總體結構、硬件電路、軟件程序以及系統性能檢測等幾個方面，詳細闡述了系統的設計思想和實現方案。系統采用雙12位A/D轉換器，提供兩條模擬信號通道，可以同時采集雙路信號，最高的采樣率為200KHz。USB接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013。論文詳細介紹了其在SlaveFIFO接口模式下的電路設計和程序設計。系統應用FPGA芯片作系統的核心控制，控制系統的數據采集和與USB接口芯片的數據交換，并產生其中的邏輯控制信號和時序信號。同時應用FPGA芯片作系統的核心控制可提高了系統穩定性、減小設備的體積。系統的軟件設計，主要包括FPGA芯片中的邏輯、時序控制程序、8051固件程序、客戶應用程序及其驅動程序。客戶端選擇了微軟的Visual Studio6.0 C++作開發平臺，雖然增加了復雜程度，但是軟件執行效率及重用性均得到提高。 最后，應用基于USB2.0的數據采集系統測試標準信號及電木的導熱系數，以驗證測試系統的可靠信與準確性。
上傳時間： 2013-04-24
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碼元定時恢復(位同步)技術是數字通信中的關鍵技術。位同步信號本身的抖動、錯位會直接降低通信設備的抗干擾性能，使誤碼率上升，甚至會使傳輸遭到完全破壞。尤其對于突發傳輸系統，快速、精確的定時同步算法是近年來研究的一個焦點。本文就是以Inmarsat GES/AES數據接收系統為背景，研究了突發通信傳輸模式下的全數字接收機中位同步方法，并予以實現。 本文系統地論述了位同步原理，在此基礎上著重研究了位同步的系統結構、碼元定時恢復算法以及衡量系統性能的各項指標，為后續工作奠定了基礎。 首先根據衛星系統突發信道傳輸的特點分析了傳統位同步方法在突發系統中的不足，接下來對Inmarsat系統的短突發R信道和長突發T信道的調制方式和幀結構做了細致的分析，并在Agilent ADS中進行了仿真。 在此基礎上提出了一種充分利用報頭前導比特信息的，由滑動平均、閾值判斷和累加求極值組成的快速報頭時鐘捕獲方法，此方法可快速精準地完成短突發形式下的位同步，并在FPGA上予以實現，效果良好。 在長突發形式下的報頭時鐘捕獲后還需要對后續數據進行位同步跟蹤，在跟蹤過程中本論文首先用DSP Builder實現了插值環路的位同步算法，進行了Matlab仿真和FPGA實現。并在插值環路的基礎上做出改進，提出了一種新的高效的基于移位算法的位同步方案并予以FPGA實現。最后將移位算法與插值算法進行了性能比較，證明該算法更適合于本項目中Inmarsat的長突發信道位同步跟蹤。 論文對兩個突發信道的位同步系統進行了理論研究、算法設計以及硬件實現的全過程，滿足系統要求。
上傳時間： 2013-04-24
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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用，而且往往需要系統進行實時運算，這就需要系統具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現方法是很有意義的。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方式相比，FPGA有其獨特的優勢。本文主要設計并實現了基于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設計方法，在此基礎上，設計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊，給出矩陣階數擴大時各種矩陣運算的分塊實現方法。然后在ModelSim環境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結果比較，分析了運算精度、時間復雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結果送入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用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-07-20
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在數字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數譯碼和概率譯碼。代數譯碼是基于碼的代數結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數結構，還利用了信道的統計特性，能充分發揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數傳系統，尤其是在衛星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發環境Quartus Ⅱ，包括數字系統的設計方法和設計規則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現、優化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明，系統的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的場合。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著多媒體技術發展，數字圖像處理已經成為眾多應用系統的核心和基礎。圖像處理作為一種重要的現代技術，已經廣泛應用于軍事指揮、大視場展覽、跟蹤雷達、電視會議、導航等眾多領域。因而，實現高分辨率高幀率圖像實時處理的技術不僅具有廣泛的應用前景，而且對相關領域的發展也具有深遠意義。 大視場可視化系統由于屏幕尺寸很大，只有在特制的曲面屏幕上才能使細節得到充分地展現。為了在曲面屏幕上正確的顯示圖像，需要在投影前實時地對圖像進行幾何校正和邊緣融合。而現場可編程門陣列(FPGA)則是用硬件處理實時圖像數據的理想選擇，基于FPGA的圖像處理技術是世界范圍內廣泛關注的研究領域。 本課題的主要工作就是設計一個以FPGA為核心的硬件系統，該系統可對高分辨率高刷新率(1024*768@60Hz)的視頻圖像實時地進行幾何校正和邊緣融合。 論文首先介紹了圖像處理的幾何原理，然后提出了基于FPGA的大視場實時圖像融合處理系統的設計方案和模塊功能劃分。系統分為算法與軟件設計，硬件電路設計和FPGA邏輯設計三個大的部分。本論文主要負責FPGA的邏輯設計。圍繞FPGA的邏輯設計，論文先介紹了系統涉及的關鍵技術，以及使用Verilog語言進行邏輯設計的基本原則。 論文重點對FPGA內部模塊設計進行了詳細的闡述。仲裁與控制模塊是頂模塊的主體部分，主要實現系統狀態機和時序控制；參數表模塊主要實現SDRAM存儲器的控制器接口，用于圖像處理時讀取參數信息。圖像處理模塊是整個系統的核心，通過調用FPGA內嵌的XtremeDSP模塊，高速地完成對圖像數據的乘累加運算。最后論文提出并實現了一種基于PicoBlaze核的12C總線接口用于配置FPGA外圍芯片。 經過對寄存器傳輸級VerilogHDL代碼的綜合和仿真，結果表明，本文所設計的系統可以應用在大視場可視化系統中完成對高分辨率高幀率圖像的實時處理。
上傳時間： 2013-05-19
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針對CDMA系統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。給出仿真結果及誤碼率性能參數。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下信噪比要求增加不大。
上傳時間： 2013-04-24
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數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，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整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測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，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、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。
上傳時間： 2013-06-09
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隨著科學技術的發展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據不同的識別算法采用不同的實現平臺，使得指紋識別系統具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數據庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統架構方案。對指紋識別技術中各個環節的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設計了一套實用的指紋特征數據結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現。實驗結果表明，在保證系統誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統的執行速度； 3、改變了傳統的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統的誤識率； 4、改進了傳統的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數據庫技術和網絡技術，開發了后臺指紋特征匹配服務系統，實現了嵌入式指紋識別系統同數據庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優勢，擁有廣闊的發展前景。
上傳時間： 2013-04-24
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