固態(tài)硬盤是一種以FLASH為存儲介質(zhì)的新型硬盤。由于它不像傳統(tǒng)硬盤一樣以高速旋轉(zhuǎn)的磁盤為存儲介質(zhì)，不需要浪費大量的尋道時間，因此它有著傳統(tǒng)硬盤不可比擬的順序和隨機存儲速度。同時由于固態(tài)硬盤不存在機械存儲結(jié)構(gòu)，因此還具有高抗震性、無工作噪音、可適應(yīng)惡劣工作環(huán)境等優(yōu)點。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，固態(tài)硬盤技術(shù)已經(jīng)成為未來存儲介質(zhì)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 本文以設(shè)計固態(tài)硬盤控制芯片IDE接口部分為項目背景，通過可編程邏輯器件FPGA，基于ATA協(xié)議并使用硬件編程語言verilog，設(shè)計了一個位于設(shè)備端的IDE控制器。該IDE控制器的主要作用在于解析主機所發(fā)送的IDE指令并控制硬盤設(shè)備進行相應(yīng)的狀態(tài)遷移和指令操作，從而完成硬盤設(shè)備端與主機端之間基本的狀態(tài)通信以及數(shù)據(jù)通信。論文主要完成了幾個方面的內(nèi)容。第一：論文從固態(tài)硬盤的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了固態(tài)硬盤IDE控制器的功能性需求以及寄存器傳輸、PIO傳輸和UDMA傳輸三種ATA協(xié)議主要傳輸模式所必須遵循的時序要求，并概括了IDE控制器設(shè)計的要點和難點；第二：論文設(shè)計了IDE控制器的總體功能框架，將IDE控制器從功能上分為寄存器部分、頂層控制模塊、異步FIFO模塊、PIO控制模塊、UDMA控制模塊以及CRC校驗?zāi)K六大子功能模塊，并分析了各個子功能模塊的基本工作原理和具體功能設(shè)計；第三：論文以設(shè)計狀態(tài)機流程和主要控制信號的方式實現(xiàn)了各個具體子功能模塊并列舉了部分關(guān)鍵代碼，同時給出了主要子功能模塊的時序仿真圖；最后，論文給出了基于PIO傳輸模式和基于UDMA傳輸模式的具體指令操作流程實現(xiàn)，并通過SAS邏輯分析儀和QuartusⅡ?qū)DE控制器進行了功能測試和分析，驗證了本論文設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-07-31
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隨著計算機及其外圍設(shè)備的發(fā)展，傳統(tǒng)的并行接口和串行接口在靈活性和接口擴展等方面存在的缺陷愈來愈不可回避，并逐漸成為計算機通信的瓶頸。在這種情況下，通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)誕生了。USB由于具有傳輸速率高、價格便宜、使用方便、靈活性高、支持熱插拔、接口標準化和易于擴展等優(yōu)點，目前已經(jīng)成為計算機外設(shè)接口的主流技術(shù)，在計算機外圍設(shè)備和消費類電子領(lǐng)域正獲得越來越多的應(yīng)用。 @@ 本文基于USB2．0協(xié)議規(guī)范，設(shè)計了一款支持高速和全速傳輸?shù)腢SB2．0設(shè)備控制器IP核。文中著重介紹了這款設(shè)備控制器IP核的設(shè)計和FPGA驗證工作，詳細研究并分析了USB2．0規(guī)范，根據(jù)規(guī)范提出了一種USB2．0設(shè)備控制器整體構(gòu)架方案，描述了各個功能子模塊硬件電路的功能及實現(xiàn)。從可重用的角度出發(fā)，對設(shè)備控制器模塊進行優(yōu)化設(shè)計，增加多個靈活的配置選項，根據(jù)不同的應(yīng)用對硬件進行配置，使其在滿足要求的情況下去除冗余電路，以減少占用面積和功耗，從而使其靈活地應(yīng)用于各種USB系統(tǒng)。本文還研究了IP核的驗證方法，并對所設(shè)計的USB2．0設(shè)備控制器建立了功能完備的ModelSim仿真驗證環(huán)境，搭建了FPGA硬件驗證平臺，設(shè)計了具有AHB接口的設(shè)備控制器和帶有8051的設(shè)備控制器，并分別在FPGA平臺上進行了功能驗證。 @@ 本文所設(shè)計的USB2．0設(shè)備控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端點的個數(shù)以及每個端點類型等，可以集成于多種USB系統(tǒng)中，適于各類USB設(shè)備的開發(fā)。本課題所取得的成果為USB2．0設(shè)備類的研究和開發(fā)積累了經(jīng)驗，并為后來實驗室某項目測試芯片的USB數(shù)據(jù)采集提供了參考方案，也為未來USB3．0接口IP核的開發(fā)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞USB2．0控制器；IP核；FPGA；驗證
上傳時間： 2013-06-30
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近年來，大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態(tài)硬盤是以半導(dǎo)體作為存儲介質(zhì)及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節(jié)能等特點，是目前存儲領(lǐng)域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設(shè)計基于FPGA的固態(tài)硬盤控制器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲。 文章首先介紹硬盤技術(shù)的發(fā)展，分析固態(tài)硬盤的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內(nèi)容及所做的工作。然后從分析固態(tài)硬盤控制器的關(guān)鍵技術(shù)入手，研究了SATA接口協(xié)議和NANDFLASH芯片特性。整體設(shè)計采用SOPC架構(gòu)，所有功能由單片F(xiàn)PGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設(shè)計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現(xiàn)SATA1.0協(xié)議，根據(jù)協(xié)議劃分四層模型，通過狀態(tài)機和邏輯電路實現(xiàn)協(xié)議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉(zhuǎn)換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取。最后完成固態(tài)硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，得出了驗證結(jié)論。 本文設(shè)計的固態(tài)硬盤控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定性高的特點，易于升級和二次開發(fā)，是實現(xiàn)固態(tài)硬盤和固態(tài)存儲系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
上傳時間： 2013-05-28
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DDR2 SDRAM是目前內(nèi)存市場上的主流內(nèi)存。除了通用計算機系統(tǒng)外，大量的嵌入式系統(tǒng)也紛紛采用DDR2內(nèi)存，越來越多的SoC系統(tǒng)芯片中會集成有DDR2接口模塊。因此，設(shè)計一款匹配DDR2的內(nèi)存控制器將會具有良好的應(yīng)用前景。 論文在研究了DDR2的JEDEC標準的基礎(chǔ)上，設(shè)計出DDR2控制器的整體架構(gòu)，采用自項向下的設(shè)計方法和模塊化的思想，將DDR2控制器劃分為若干模塊，并使用Verilog HDL語言完成DDR2控制器IP軟核中初始化模塊、配置模塊、執(zhí)行模塊和數(shù)據(jù)通道模塊的RTL級設(shè)計。根據(jù)在設(shè)計中遇到的問題，對DDR2控制器的整體架構(gòu)進行改進與完善。在分析了Altera數(shù)字PHY的基本性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計DDR2控制器與數(shù)字PHY的接口模塊。搭建DDR2控制器IP軟核的仿真驗證平臺，針對設(shè)計的具體功能進行仿真驗證，并實現(xiàn)在Altera Stratix II GX90開發(fā)板上對DDR2存儲芯片基本讀/寫操作控制的FPGA功能演示。 論文設(shè)計的DDR2控制器的主要特點是： 1.支持數(shù)字PHY電路，不需要實際的硬件電路就完成DDR2控制器與DDR2存儲芯片之間的物理層接口，節(jié)約了設(shè)計成本，縮小了硬件電路的體積。 2.將配置口從初始化模塊中分離出來，簡化了具體操作。 3.支持多個DDR2存儲芯片，使得DDR2控制器的應(yīng)用范圍更為廣闊。 4.支持DDR2的三項新技術(shù)，充分發(fā)揮DDR2內(nèi)存的特性。 5.自動DDR2刷新控制，方便用戶對DDR2內(nèi)存的控制。
上傳時間： 2013-06-10
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工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用常規(guī)的PID控制器難以達到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統(tǒng)建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經(jīng)元具有很強的信息綜合、學(xué)習(xí)記憶、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，可以處理那些難以用模型和規(guī)則描述的過程，將神經(jīng)元與PID結(jié)合，應(yīng)用到實際的控制中，可以在線調(diào)整PID的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力、自適應(yīng)能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究主要是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關(guān)系。本文主要側(cè)重的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)研究方面，創(chuàng)新性地利用FPGA嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)單神經(jīng)元PID智能控制器的研究與設(shè)計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統(tǒng)使用。 首先，對單神經(jīng)元PID智能控制器的設(shè)計原理和設(shè)計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設(shè)計單神經(jīng)元PID智能控制器，針對特定的被控對象，對其進行仿真實驗，獲得比較理想的系統(tǒng)輸出；然后，研究基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制算法的實現(xiàn)，對控制器進行VHDL語言分層設(shè)計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結(jié)果表明，基于FPGA的單神經(jīng)元智能控制器比MATLAB設(shè)計的單神經(jīng)元PID智能控制器性能優(yōu)良。 本文的設(shè)計模塊主要包括權(quán)值修改模塊、誤差計算模塊、權(quán)值產(chǎn)生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設(shè)計中進行了優(yōu)化處理，使本文的設(shè)計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統(tǒng)控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著以計算機技術(shù)為核心的信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及信息的爆炸式增長，人類獲得的視覺信息很大一部分是從各種各樣的電子顯示器件上獲得的。這對顯示器件的要求也越來越高。在這些因素的驅(qū)動下，顯示技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展。使用FPGA/CPLD設(shè)計的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據(jù)不同的液晶類型、尺寸、使用場合，特別是不同的工業(yè)產(chǎn)品，做一些特殊的設(shè)計，以最小的代價滿足系統(tǒng)的要求。而且可以解決通用的液晶顯示控制器本身固有的一些缺點。 本文設(shè)計了一個采用FPGA設(shè)計的液晶顯示控制器，主要解決以下內(nèi)容：采用Cyclone芯片設(shè)計的液晶控制器；采用硬件描述語言進行的液晶顯示控制器設(shè)計，重點介紹了如何通過特殊設(shè)計控制器與CPU協(xié)調(diào)的工作，驅(qū)動系統(tǒng)所需時序信號的產(chǎn)生，STN液晶彩色屏灰度顯示的時間抖動算法和幀率控制原理及實現(xiàn)，顯示數(shù)據(jù)的緩沖、轉(zhuǎn)化方法，使用FPGA設(shè)計的用于本系統(tǒng)的特殊SDRAM控制器，以及液晶控制器通過該SDRAM控制器進行顯示緩沖器的管理，還有很重要的一點是各個模塊之間的同步處理。這款液晶控制器在實際中的使用效果證明了本課題介紹的液晶控制器方案是一個非常可行的，具有廣泛的通用性。 關(guān)鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時序信號發(fā)生器、灰度顯示、時間抖動算法
上傳時間： 2013-04-24
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本文對基于FPGA的對象存儲控制器原型的硬件設(shè)計進行了研究。主要內(nèi)容如下： ⑴研究了對象存儲控制器的硬件設(shè)計，使其高效完成對象級接口的智能化管理和復(fù)雜存儲協(xié)議的解析，對對象存儲系統(tǒng)整體性能提升有重要意義。基于SoPC(片上可編程系統(tǒng))技術(shù)，在FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)上實現(xiàn)的對象存儲控制器，具有功能配置靈活，調(diào)試方便，成本較低等優(yōu)點。 ⑵采用Cyclone II器件實現(xiàn)的對象存儲控制器的網(wǎng)絡(luò)接口，包含處理器模塊、內(nèi)存模塊、Flash模塊等核心組成部分，提供千兆以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口和PCI(周邊元件擴展接口)總線的主機接口，還具備電源模塊、時鐘模塊等以保證系統(tǒng)正常運行。在設(shè)計實現(xiàn)PCB(印制電路板)時，從疊層設(shè)計、布局、布線、阻抗匹配等多方面解決高達100MHz的全局時鐘帶來的信號完整性問題，并基于IBIS模型進行了信號完整性分析及仿真。針對各功能模塊提出了相應(yīng)的調(diào)試策略，并完成了部分模塊的調(diào)試工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的對象存儲控制器系統(tǒng)設(shè)計方案，Virtex-4內(nèi)嵌PowerPC高性能處理器，可更好地完成對象存儲設(shè)備相關(guān)的控制和管理工作。實現(xiàn)了豐富的接口設(shè)計，包括千兆以太網(wǎng)、光纖通道、SATA(串行高級技術(shù)附件)等網(wǎng)絡(luò)存儲接口以及較PCI性能更優(yōu)異的PCI-X(并連的PCI總線)主機接口；提供多種FPGA配置方式。使用Cadence公司的Capture CIS工具完成了該系統(tǒng)硬件的原理圖繪制，通過了設(shè)計規(guī)則檢查，生成了網(wǎng)表用作下一步設(shè)計工作的交付文件。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)、控制理論及永磁材料等技術(shù)的快速發(fā)展，以永磁同步電機作為控制對象的傳動領(lǐng)域得到了越來越廣泛的關(guān)注，隨著FPGA的技術(shù)的普及和廣泛應(yīng)用，使得各種先進的控制算法得以實現(xiàn)，于是數(shù)字化、智能化的永磁交流控制器成為必然的發(fā)展趨勢和當前的研究熱點。本文的主要工作就是圍繞數(shù)字化的永磁同步電機控制器研究來展開。首先深入研究了永磁同步電機的數(shù)學(xué)建模方法及電機控制策略問題。在對永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型進行了推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，在PSIM仿真軟件中建立了永磁同步電機的電機模型，提出了一種永磁同步電機傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仿真建模的新方法。其次對常用的數(shù)字脈寬調(diào)制方法進行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并對滑模控制理論和矢量控制進行了深入的研究分析，將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于永磁同步電機的調(diào)速系統(tǒng)中，改善了傳統(tǒng)PI控制器參數(shù)整定繁瑣、系統(tǒng)魯棒性差的缺點，仿真結(jié)果驗證了該系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)越性。最后在永磁同步電機建模仿真的基礎(chǔ)上，根據(jù)永磁同步電機控制器的設(shè)計要求及FPGA的特點，提出永磁同步電機控制器的的設(shè)計方案。按照FPGA模塊化設(shè)計思想，將整個系統(tǒng)進行了合理的劃分，分別對SVPWM、Park變換、SMC、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實現(xiàn)算法進行了深入的研究。各模塊在Modelsim平臺上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發(fā)板上完成硬件驗證，驗證結(jié)果表明：永磁同步電機在低速和高速時都能穩(wěn)定運行，從而證實了本設(shè)計方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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當前，片上系統(tǒng)(SOC)已成為系統(tǒng)實現(xiàn)的主流技術(shù)。流片風(fēng)險與費用增加、上市時間壓力加大、產(chǎn)品功能愈加復(fù)雜等因素使得SOC產(chǎn)業(yè)逐漸劃分為IP提供者、SOC設(shè)計服務(wù)者和芯片集成者三個層次。SOC設(shè)計已走向基于IP集成的平臺設(shè)計階段，經(jīng)過嚴格驗證質(zhì)量可靠的IP核成為SOC產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)。 GPIB控制器芯片是組建自動測試系統(tǒng)的核心，在測試領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本人通過查閱大量的技術(shù)資料，分析了集成電路在國內(nèi)外發(fā)展的最新動態(tài)，提出了基于FPGA的自主知識產(chǎn)權(quán)的GPIB控制器IP核的設(shè)計和實現(xiàn)。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對FPGA開發(fā)所具備的基本知識作了簡要介紹。文中對GPIB總線進行了簡單的描述，根據(jù)芯片設(shè)計的主要思想，重點在于論述怎樣用FPGA來實現(xiàn)IEEE-488.2協(xié)議，并詳細闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態(tài)機的IP核實現(xiàn)。同時，對數(shù)據(jù)通路也進行了較為細致的說明。在設(shè)計的時候采用基于模塊化設(shè)計思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對設(shè)計進行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號采取類似畫電路圖的方法完成整個系統(tǒng)芯片的lP軟核設(shè)計，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗證設(shè)計思想，借助EDA工具對GPIB控制器的工作狀態(tài)進行了軟件仿真，給出仿真結(jié)果，仿真波形驗證了GPIB控制器的工作符合預(yù)想。最后，本文對基于FPGA的GPIB控制器的IP核設(shè)計過程進行了總結(jié)，展望了當前GPIB控制器設(shè)計的發(fā)展趨勢，指出了開展進一步研究需要做的工作。
上傳時間： 2013-06-12
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隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)備逐漸向著小型化、集成化方向發(fā)展；人們在要求設(shè)備性能不斷提升的同時，還要求設(shè)備功耗低、體積小、重量輕、可靠性高。同樣在我軍武器裝備的研制過程中，也對各武器裝備都提出了新的要求，特別是針對單兵配備的便攜設(shè)備，對體積、功耗、擴展性的要求更是嚴格。 在某手持式設(shè)備的開發(fā)項目中，需要設(shè)計一塊接口板，要求實現(xiàn)高達8個串行口擴展以及能源管理和數(shù)字輸入輸出接口等功能，該接口板與處理器模塊的連接總線采用LPC總線，整個手持設(shè)備除了對功能有基本的要求以外，對體積及功耗都提出了極高的要求。針對項目的具體設(shè)計要求，經(jīng)過與傳統(tǒng)設(shè)計方法的比較，決定采用FPGA來實現(xiàn)LPC接口及UART控制器功能。 論文的主要目標是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的實現(xiàn)。對于各模塊中的關(guān)鍵的功能部分，文中對其實現(xiàn)都進行了詳細的說明。整個設(shè)計全部采用硬件描述語言(HDL)實現(xiàn)，并且采用了分模塊的設(shè)計風(fēng)格，具有很好的重用性。 為了在硬件平臺上驗證設(shè)計，還實做了FPGA驗證平臺，并用C語言編寫了測試程序。經(jīng)過驗證，該方案完全實現(xiàn)了接口板的功能要求，并且滿足體積和功耗上的要求，取得了良好的效果。 論文通過采用FPGA作為電路設(shè)計的核心，以一種新的數(shù)字電路設(shè)計方法實現(xiàn)電路功能；旨在通過這種方式，不斷提高設(shè)備的性能并拓展設(shè)計者思想。
上傳時間： 2013-04-24
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