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密集型的矩陣運(yùn)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(jìn)行實(shí)時運(yùn)算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運(yùn)算速度快并且可以并行運(yùn)算，和其它矩陣運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨(dú)特的優(yōu)勢。本文主要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運(yùn)算模塊。 本文首先介紹了矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，接著討論了FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算單元的VHDL設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運(yùn)算模塊，給出矩陣階數(shù)擴(kuò)大時各種矩陣運(yùn)算的分塊實(shí)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(yùn)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(jìn)行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運(yùn)算結(jié)果送入PC機(jī)，驗(yàn)證了基于FPGA矩陣運(yùn)算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達(dá)信號中的應(yīng)用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-06-08
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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(dá)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(jī)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(jì)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(jì)方案及實(shí)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(jì)，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴(kuò)展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行修正。 在存儲器設(shè)計(jì)上，采用FPGA片內(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進(jìn)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(jì)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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機(jī)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(shí)時準(zhǔn)確的驗(yàn)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(jì)進(jìn)行了詳細(xì)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(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、并行接口設(shè)計(jì)、PCI接口設(shè)計(jì)、PC端控制軟件設(shè)計(jì)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(jì)圖、實(shí)物圖及注釋詳細(xì)的相關(guān)源程序清單。
標(biāo)簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù)
上傳時間： 2013-07-09
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建立在數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)之上的寬帶數(shù)字偵察接收機(jī)要求能夠?qū)崿F(xiàn)高截獲概率、高靈敏度、近乎實(shí)時的信號處理能力。雙信號數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)是寬帶數(shù)字偵察接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)之一，是解決寬帶數(shù)字接收機(jī)中前端高速ADC采樣的高速數(shù)據(jù)流與后端DSP處理速度之間瓶頸問題的可行方案。測頻技術(shù)以及帶通濾波，即寬帶數(shù)字下變頻技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文首先介紹了寬帶數(shù)字偵察接收關(guān)鍵技術(shù)之一的數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換技術(shù)，著重研究了快速、高精度雙信號測頻算法以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)。論文主要工作如下： (1)分析了現(xiàn)代電子偵察環(huán)境下的信號特征，指出寬帶數(shù)字接收機(jī)必須滿足寬監(jiān)視帶寬、流水作業(yè)以及近實(shí)時的響應(yīng)時間。給出了一種頻率引導(dǎo)式的數(shù)字接收機(jī)方案，簡要介紹這種接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)——快速、高精度頻率估計(jì)以及高效的數(shù)據(jù)率轉(zhuǎn)換。 (2)介紹了FFT技術(shù)在測頻算法中的應(yīng)用，比較了FFT專用芯片及其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，指出為了滿足實(shí)時處理要求，必須選用FPGA設(shè)計(jì)FFT模塊。 (3)在分析常規(guī)的插值算法基礎(chǔ)上，提出了一種單信號的快速插值頻率估計(jì)方法，只需三個FFT變換系數(shù)的實(shí)部構(gòu)造頻率修正項(xiàng)，計(jì)算量低。該方法具有精度高、測頻速率快的特點(diǎn)。 (4)基于DFT理論和自相關(guān)理論，提出了結(jié)合FFT和自相關(guān)的雙信號頻率估計(jì)算法。該方法先用DFT估計(jì)其中一個信號的頻率和幅度，以此頻率對信號解調(diào)并對消該頻率成分，最后利用自相關(guān)理論估計(jì)出另一個信號的頻率。 (5)基于DFT理論和FFT技術(shù)，研究了信號平方與FFT結(jié)合的雙信號頻率估計(jì)算法。根據(jù)信號中兩頻率分量的幅度比，只需一次一維平方信號譜峰搜索，就可以得到雙信號的和頻與差頻分量的估計(jì)值，并利用插值技術(shù)提高測頻精度。該算法能夠精確地估計(jì)頻率間隔小的雙信號頻率，且容易地?cái)U(kuò)展到復(fù)信號，F(xiàn)PGA硬件實(shí)現(xiàn)容易。 (6)基于現(xiàn)代譜分析理論，研究了基于AR(2)模型的雙信號頻率估計(jì)算法。方法在利用AR(2)模型系數(shù)估計(jì)雙正弦信號頻率之和的同時，利用FFT快速測頻算法估計(jì)其中強(qiáng)信號分量的頻率值。算法仿真驗(yàn)證和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估計(jì)雙信號頻率。 (7)給出了基于頻譜重心算法的雷達(dá)雙信號頻率估計(jì)的FPGA硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并進(jìn)行了時序仿真。 (8)討論了雙信號帶寬匹配接收系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，給出了快速測頻及帶寬估計(jì)模塊設(shè)計(jì)。
上傳時間： 2013-06-02
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電力系統(tǒng)自誕生以來，就孿生了電力系統(tǒng)諧波，隨著電子裝置的廣泛應(yīng)用，諧波問題變得日益嚴(yán)重，電力諧波已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的公害。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支，是解決其他相關(guān)諧波問題的基礎(chǔ)，因此進(jìn)行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價值。 本論文主要是從諧波檢測理論和實(shí)現(xiàn)方法上探討了高精度、高實(shí)時性諧波檢測數(shù)字系統(tǒng)的相關(guān)問題。 論文中闡述了電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)概念和產(chǎn)生原理，并分析了電力諧波的特點(diǎn)。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計(jì)算諧波含量，研究了Radix-2FFT在諧波檢測中的應(yīng)用，描述了FFT分析過程中的頻譜泄漏現(xiàn)象，并從理論上研究了頻譜泄漏的根源。 為了解決頻譜泄漏問題，本文提出了采用鎖相倍頻技術(shù)方法，跟蹤電力系統(tǒng)工頻頻率變化，從而有效減少頻譜泄漏。在諧波檢測中，F(xiàn)FT運(yùn)算量很大、對速度和精度要求苛刻，本文探討了應(yīng)用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT信號處理的方法。
標(biāo)簽： FPGA 電力系統(tǒng) 諧波檢測
上傳時間： 2013-06-17
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數(shù)字超聲診斷設(shè)備在臨床診斷中應(yīng)用十分廣泛，研制全數(shù)字化的醫(yī)療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設(shè)計(jì)制造中使用了數(shù)字化技術(shù)，但是我們可以說現(xiàn)代VLSI 和EDA 技術(shù)在其中并沒有得到充分有效的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關(guān)的領(lǐng)域都得到了較好的應(yīng)用，例如數(shù)字通信和相控雷達(dá)領(lǐng)域。 在研究現(xiàn)代超聲成像原理的基礎(chǔ)上，我們首先介紹了常見的數(shù)字超聲成像儀器的基本結(jié)構(gòu)和模塊功能，同時也介紹了現(xiàn)代FPGA 和EDA 技術(shù)。隨后我們詳細(xì)分析討論了B 超中，全數(shù)字化波束合成器的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)手段。我們設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了片內(nèi)高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結(jié)果表明資源使用合理且訪問時間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于直接數(shù)字頻率合成原理的數(shù)控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內(nèi)實(shí)現(xiàn)方案簡單廉價。數(shù)控振蕩器輸出波形的頻率可動態(tài)控制且精度較高，對于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導(dǎo)致回波中心頻率下移的聲學(xué)物理現(xiàn)象，可視作將回波接收機(jī)的中心頻率同步動態(tài)變化進(jìn)行補(bǔ)償。 還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了B 型數(shù)字超聲診斷儀前端發(fā)射波束聚焦和掃描控制子系統(tǒng)。在單片F(xiàn)PGA 芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了聚焦延時、脈寬和重復(fù)頻率可動態(tài)控制的發(fā)射驅(qū)動脈沖產(chǎn)生器、線掃控制、探頭激勵控制、功能碼存儲等功能模塊，功能仿真和時序分析結(jié)果表明該子系統(tǒng)為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高速度、高精度、高集成度的全數(shù)字化超聲診斷設(shè)備打下了良好的基礎(chǔ)，將加快其研發(fā)和制造進(jìn)程，為生物醫(yī)學(xué)電子、醫(yī)療設(shè)備和超聲診斷等方面帶來新思路。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 中的應(yīng)用 超聲診斷儀
上傳時間： 2013-06-18
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嵌入式人臉識別系統(tǒng)建立在嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式硬件系統(tǒng)平臺之上,具有起點(diǎn)高、概念新、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。它涉及嵌入式硬件設(shè)計(jì)、嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)、人臉識別算法等領(lǐng)域的研究；嵌入式人臉識別系統(tǒng)攜帶方便、安裝快捷、機(jī)動性強(qiáng),可廣泛應(yīng)用于各類門禁系統(tǒng)、戶外機(jī)動布控的實(shí)時監(jiān)測等特殊場合,因此對嵌入式人臉識別的研究工作具有突出的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。 本文是上海市經(jīng)委創(chuàng)新研究項(xiàng)目《射頻識別RFID系統(tǒng)-自動識別和記錄人群的身份》(編號：04-11-2)與上海市科委AM基金項(xiàng)目《基于ARM和RFID芯片的自組織安全監(jiān)控系統(tǒng)的研制》(編號：0512)的主要研究內(nèi)容之一。論文從構(gòu)建自動人臉識別系統(tǒng)所需解決的若干關(guān)鍵問題入手,重點(diǎn)探討了基于嵌入式ARM微處理器的實(shí)時人臉檢測、關(guān)鍵特征定位、高效的人臉特征描述、魯棒的人臉識別分類器及自動人臉識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)等問題的研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面： 1實(shí)現(xiàn)了結(jié)合膚色校驗(yàn)的Haar特征級聯(lián)分類器嵌入式實(shí)時人臉檢測,提出了基于人臉約束的人眼Haar特征RSVM級聯(lián)分類器人眼檢測算法和基于遮罩掩磨與橢圓擬合的瞳孔定位算法。 復(fù)雜背景中的人臉檢測是自動人臉識別系統(tǒng)首先要解決的關(guān)鍵問題,通過對基于膚色模型和基于Haar特征級聯(lián)強(qiáng)分類器的人臉檢測算法的分析研究,綜合兩個算法的優(yōu)點(diǎn),提出了基于膚色模型校驗(yàn)和Haar特征級聯(lián)強(qiáng)分類器的嵌入式實(shí)時人臉檢測算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法不僅解決了復(fù)雜背景中的類膚色和類人臉結(jié)構(gòu)問題,而且具有較高的檢測率和較快的檢測速度,同時對光照、尺度等變化條件下的人臉檢測也具有較強(qiáng)的魯棒性。 人眼檢測與瞳孔定位在人臉歸一化和有效人臉特征抽取等方面起著非常重要的作用,為了快速檢測人眼并精確定位人眼瞳孔中心,論文提出了基于人臉約束的人眼Haar特征RSVM級聯(lián)分類器人眼檢測算法和基于遮罩掩磨與橢圓擬合的瞳孔定位算法,首先利用人眼檢測分類器在人臉區(qū)域內(nèi)完成對人眼位置的檢測,然后通過對檢測到的人眼進(jìn)行遮罩掩磨、簡單圖像形態(tài)學(xué)變換及橢圓擬合實(shí)現(xiàn)瞳孔中心的精確定位。測試結(jié)果表明該算法只需幾百毫秒便能完成人眼檢測與瞳孔中心定位整個過程,在保證檢測速度較快的同時,還能確保較高的定位精度。 2 針對傳統(tǒng)線性判別分析法存在的小樣本問題(sss),通過調(diào)整Fisher判別準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)線性判別分析算法及相應(yīng)的人臉識別方法人臉識別中的小樣本問題使線性判別分析算法的類內(nèi)散布矩陣發(fā)生嚴(yán)重退化,導(dǎo)致問題無法求解。本文在人臉識別小樣本問題的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整Fisher判別準(zhǔn)則,利用類間散布矩陣的補(bǔ)空間巧妙地避開類內(nèi)散布矩陣的求逆運(yùn)算,通過訓(xùn)練集每類樣本的樣本數(shù)信息自適應(yīng)改變調(diào)整參數(shù),實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)線性判別分析算法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法能有效解決人臉識別中的小樣本問題。 3 提出了基于有效人臉區(qū)域的Gabor特征抽取算法,有效地解決了Gabor特征抽取維數(shù)過高的問題。 Gabor小波對圖像的光照、尺度變化具有較強(qiáng)魯棒性,是一種良好的人臉特征表征方法。但維數(shù)過高的Gabor特征造成應(yīng)用系統(tǒng)的維數(shù)災(zāi)難,為解決Gabor特征的維數(shù)災(zāi)難問題,論文第四章提出了基于有效人臉區(qū)域的Gabor特征抽取算法,該算法不僅有效地降低了人臉特征向量維數(shù),縮小了人臉特征庫的規(guī)模,同時降低了核心算法的時間和空間復(fù)雜度,而且具有與傳統(tǒng)Gabor特征抽取算法同樣的魯棒性。 4 結(jié)合有效人臉區(qū)域的Gabor特征抽取、自適應(yīng)線性判別分析算法和基于支持向量機(jī)分類策略,提出并實(shí)現(xiàn)了基于支持向量機(jī)的嵌入式人臉識別和嵌入式人像比對系統(tǒng)支持向量機(jī)通過引入核技巧對訓(xùn)練樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)構(gòu)造最小化錯分風(fēng)險的最優(yōu)分類超平面,不僅具有強(qiáng)大的非線性和高維處理能力,而且具有更強(qiáng)的泛化能力。本文研究了支持向量機(jī)的多類分類策略和訓(xùn)練方法,并結(jié)合論文中提出的基于有效人臉區(qū)域的Gabor特征提取算法、自適應(yīng)線性判別分析算法,首次在基于Windows CE操作系統(tǒng)的嵌入式ARM平臺中實(shí)現(xiàn)了具有較強(qiáng)魯棒性的嵌入式自動人臉識別系統(tǒng)和嵌入式人像比對系統(tǒng)。 5 提出并初步實(shí)現(xiàn)了基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)模型的遠(yuǎn)距離人臉識別方案為解決嵌入式人臉識別系統(tǒng)在海量人臉庫中進(jìn)行識別的難題,論文提出并初步實(shí)現(xiàn)了基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)模型的嵌入式遠(yuǎn)距離人臉識別方案。 客戶機(jī)(嵌入式平臺)完成對人臉圖像的檢測、歸一化處理和人臉特征提取,然后通過無線網(wǎng)絡(luò)將提取后的人臉特征數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器端,由服務(wù)器在海量人臉庫中完成人臉識別,并將識別后的結(jié)果通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇蛻魴C(jī)顯示輸出,從而實(shí)現(xiàn)基于客戶機(jī)/服務(wù)器無線網(wǎng)絡(luò)模型的嵌入式遠(yuǎn)距離人臉識別方案。 6 結(jié)合我們開發(fā)的基于ARM的嵌入式自動人臉識別系統(tǒng)和嵌入式人像比對系統(tǒng),從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度探討了在嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行人臉識別應(yīng)用設(shè)計(jì)的思路及應(yīng)該注意的問題雖然嵌入式人臉識別系統(tǒng)的性能很大程度上取決于高效的人臉特征描述和魯棒的人臉識別核心算法。但是,嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想對嵌入式人臉識別系統(tǒng)的性能影響同樣值得重視。本文第六章重點(diǎn)闡述了嵌入式自動人臉識別應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路,并結(jié)合我們自主開發(fā)的嵌入式自動人臉識別系統(tǒng)和嵌入式人像比對系統(tǒng)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度探討了嵌入式人臉識別應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的關(guān)鍵技術(shù)問題。 結(jié)合本文提出的算法我們在PC上完成對人臉識別分類器的訓(xùn)練,然后在嵌入式ARM開發(fā)平臺上實(shí)現(xiàn)了嵌入式自動人臉識別、嵌入式人像比對兩個便攜式人員身份認(rèn)證系統(tǒng),經(jīng)測試運(yùn)行效果良好。所提出的人臉識別算法不僅具有一定的理論參考價值,而且對于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)、AFR應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)也具有一定的借鑒意義。
標(biāo)簽： ARM 架構(gòu) 嵌入式 人臉識別
上傳時間： 2013-05-18
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GPS（全球定位系統(tǒng)）是美國建立的高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，高動態(tài)GPS接收機(jī)可應(yīng)用于衛(wèi)星、飛機(jī)、高速列車等許多場合。高動態(tài)給GPS信號帶來很大的多普勒頻移和多普勒頻移變化率，普通民用接收機(jī)無法正常工作。適用于高動態(tài)條件的接收機(jī)可以有效消除多普勒頻移及其變化率對信號接收的影響，提高導(dǎo)航定位精度。 本文在深入研究GPS的系統(tǒng)組成、工作原理以及信號格式的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究高動態(tài)條件下C/A碼和載波的捕獲與跟蹤方案。論文的主要工作如下： 1．深入研究擴(kuò)頻信號的各種捕獲算法，提出了一種適用于高動態(tài)的基于FFT的C/A碼快速捕獲算法； 2．研究擴(kuò)頻碼跟蹤和載波跟蹤技術(shù)，設(shè)計(jì)了載波輔助的碼跟蹤環(huán)路——數(shù)字延遲鎖定環(huán)（DLL）及一種叉積自動頻率跟蹤環(huán)（CPAFC）與科斯塔斯（Costas）環(huán)相結(jié)合的載波跟蹤方案，并在MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)模型，對環(huán)路參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)； 3．初步完成了GPS接收機(jī)基帶處理模塊核心單元的FPGA設(shè)計(jì)和功能仿真。
標(biāo)簽： GPS 動態(tài) 接收機(jī) 接收
上傳時間： 2013-07-10
上傳用戶：suxuan110425
密集型的矩陣運(yùn)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(jìn)行實(shí)時運(yùn)算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運(yùn)算速度快并且可以并行運(yùn)算，和其它矩陣運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨(dú)特的優(yōu)勢。本文主要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運(yùn)算模塊。 本文首先介紹了矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，接著討論了FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算單元的VHDL設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運(yùn)算模塊，給出矩陣階數(shù)擴(kuò)大時各種矩陣運(yùn)算的分塊實(shí)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(yùn)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(jìn)行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運(yùn)算結(jié)果送入PC機(jī)，驗(yàn)證了基于FPGA矩陣運(yùn)算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達(dá)信號中的應(yīng)用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-07-20
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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(dá)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(jī)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(jì)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(jì)方案及實(shí)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(jì)，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴(kuò)展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)行修正。 在存儲器設(shè)計(jì)上，采用FPGA片內(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進(jìn)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(jì)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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機(jī)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(shí)時準(zhǔn)確的驗(yàn)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(jì)進(jìn)行了詳細(xì)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(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、并行接口設(shè)計(jì)、PCI接口設(shè)計(jì)、PC端控制軟件設(shè)計(jì)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(jì)圖、實(shí)物圖及注釋詳細(xì)的相關(guān)源程序清單。
標(biāo)簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-09
上傳用戶：lh25584
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(jì)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(biāo)，從FPGA芯片結(jié)構(gòu)和布局算法兩方面進(jìn)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(jì)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(shí)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(dá)到優(yōu)化線長的同時提高布通率的快速布局算法。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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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