本文完成了對MIPS-CPU的指令集確定，流水線與架構設計，代碼編寫，并且在x86計算機上搭建了稱為gccmips_elf的仿真系統，完成了對MIPS-CPU硬件系統的模擬仿真，最終完成FPGA芯片的下載與實現。 @@ 本文完成了包含34條指令的MIPS-CPU指令集的制定，完成了整個MIPS-CPU的架構設計與5級流水線級數的確定。制定了整個CPU的主控制模塊的狀態轉移圖；根據MIPS-CPU的指令集的模式，完成了對不同模式下的指令的分析，給出了相應的取指，譯碼，產生新的程序存儲器尋址地址，執行，數據存儲器與寄存器文件回寫的控制信號，完成取指令模塊，譯碼模塊，執行模塊，數據回寫等模塊代碼的編寫，從而完成了流水線模塊的代碼設計。 @@ 重點分析了由于流水線設計而引入的競爭與冒險，分析了在不同流水線階段可能存在的競爭與冒險，對引起競爭與冒險的原因進行了確定，并通過增加一些電路邏輯來避免競爭與冒險的發生，完成了競爭與冒險檢測電路模塊以及數據回寫前饋電路模塊的代碼編寫，從而解決了競爭與冒險的問題，使設計的5級流水線得以暢順實現。 @@ 完成了MIPS-CPU的仿真系統平臺的搭建，該仿真器用來對應用程序進行編譯，鏈接與執行，生成相應匯編語言程序以及向量文件(16進制機器碼)；并且同時產生相關的Modelsim仿真，及Quartus II下載驗證的文件。本設計利用該仿真系統來評估設計的MIPS-CPU的硬件系統，模擬仿真結果證明本文設計的MIPS-CPU可以實現正常功能。本論文課題的研究成功對今后從事專用RISC-CPU設計的同行提供了有益的參考。 @@ 最終將設計的MIPS-CPU下載到ALTERA公司的FPGA-EP1C6Q240芯片，并且借助ALTERA公司提供的Quartus II軟件進行了編譯與驗證，對設計的MIPS-CPU的資源使用，關鍵路徑上的時序，布線情況進行了分析，最終完成各個指標的檢查，并且借助Quartus II軟件內嵌的Signal Tap軟件進行軟硬件聯合調試，結果表明設計的MIPS-CPU功能正常，滿足約束，指標正確。 @@關鍵詞 MIPS；流水線；競爭與冒險；仿真器；FPGA
上傳時間： 2013-07-31
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數字圖像通信的最廣泛的應用就是數字電視廣播系統，與以往的模擬電視業務相比，數字電視在節省頻譜資源、提高節目質量方面帶來了一場新的革命，而與此對應的DVB（Digital Video Broadcasting）標準的建立更是加速了數字電視廣播系統的大規模應用。DVB標準選定MPEG—2標準作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，隨后對MPEG—2碼流進行打包形成TS流（transport stream），進行多個傳輸流復用，最后通過不同媒介進行傳輸。在DVB標準的傳輸系統中，無論是衛星傳輸，電纜傳輸還是地面傳輸，為了保障圖像質量，使數字節目在傳輸過程中避免出現因受到各種信道噪聲干擾而出現失真的現象，都采用了信道編碼的方式來保護傳輸數據。信道編碼是數字通信系統中一個必需的、重要的環節。 信道編碼設計方案的優劣決定了DVB系統的成功與否，本文重點研究了DVB系統中的信道編碼算法及其FPGA實現方案，主要進行了如下幾項工作： 1）介紹了DVB系統信道編碼的基本概念及特點，深入研究了DVB標準中信道編碼部分的關鍵技術，并針對每個信道編碼模塊進行工作原理分析、算法分析。 2）根據DVB信道編碼的特點，重點對信道編碼中四個模塊，包括擾碼、RS編碼、卷積交織編碼和卷積編碼的FPGA硬件實現算法進行了比較詳細的分析，并闡述了每個模塊及QPSK調制的設計方案及實現模塊功能的程序流程。 3）在RS（204，188）編碼過程中，利用有限域常數乘法器的特點，對編碼器進行了優化，在很大程度上提高了編碼效率，卷積交織器部分采用RAM移位法，實現起來更為簡單且節省了FPGA器件內部資源。 4）設計以Altera公司的QuartusⅡ為開發平臺，利用FPGA芯片EP1C6Q240C8完成了信道編碼各模塊及QPSK調制的硬件實現，通過Verilog HDL描述和時序仿真來驗證算法的可行性，并給出系統設計中減少毛刺的方法，使系統更為穩定。最終的系統仿真結果表明該系統工作穩定，達到了DVB系統信道編碼設計的要求。
上傳時間： 2013-06-26
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工業生產過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數學模型。應用常規的PID控制器難以達到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經網絡具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經元具有很強的信息綜合、學習記憶、自學習和自適應能力，可以處理那些難以用模型和規則描述的過程，將神經元與PID結合，應用到實際的控制中，可以在線調整PID的參數，使系統具有較強的抗干擾能力、自適應能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經網絡的研究主要是神經網絡的理論研究、神經網絡的應用研究和神經網絡的實現技術研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關系。本文主要側重的是神經網絡的實現技術研究方面，創新性地利用FPGA嵌入式系統開發技術實現單神經元PID智能控制器的研究與設計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統使用。 首先，對單神經元PID智能控制器的設計原理和設計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設計單神經元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輸出；然后，研究基于FPGA的單神經元智能控制算法的實現，對控制器進行VHDL語言分層設計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結果表明，基于FPGA的單神經元智能控制器比MATLAB設計的單神經元PID智能控制器性能優良。 本文的設計模塊主要包括權值修改模塊、誤差計算模塊、權值產生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設計中進行了優化處理，使本文的設計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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便攜式B型超聲診斷儀具有無創傷、簡便易行、相對價廉等優勢，在臨床中越來越得到廣泛的應用。它將超聲波技術、微電子技術、計算機技術、機械設計與制造及生物醫學工程等技術融合在一起。開展該課題的研究對提高臨床診斷能力和促進我國醫療事業的發展具有重要的意義。 便攜式B型超聲診斷儀由人機交互系統、探頭、成像系統、顯示系統構成。其基本工作過程是：首先人機交互系統接收到用戶通過鍵盤或鼠標發出的命令，然后成像系統根據命令控制探頭發射超聲波，并對回波信號處理、合成圖像，最后通過顯示系統完成圖像的顯示。 成像系統作為便攜式B型超聲診斷儀的核心對圖像質量有決定性影響，但以前研制的便攜式B型超聲診斷儀的成像系統在三個方面存在不足：第一、采用的是單片機控制步進電機，控制精度不高，導致成像系統采樣不精確；第二、采用的數字掃描變換算法太粗糙，影響超聲圖像的分辨率；第三、它的CPU多采用的是51系列單片機，測量速度太慢，同時也不便于系統升級和擴展。 針對以上不足，提出了基于FPGA的B型超聲成像系統解決方案，采用Altera公司的EP2C5Q208C8芯片實現了步進電機步距角的細分，使電機旋轉更勻速，提高了采樣精度；提出并采用DSTI-ULA算法（Uniform Ladder Algorithm based on Double Sample and Trilinear Interotation）在FPGA內實現數字掃描變換，提高了圖像分辨率；人機交互系統采用S3C2410-AL作為CPU，改善了測量速度和系統的擴展性。 通過對系統硬件電路的設計、制作，軟件的編寫、調試，結果表明，本文所設計的便攜式B型超聲成像系統圖像分辨率高、測量速度快、體積小、操作方便。本文所設計的便攜式B型超聲診斷儀可在野外作業和搶險（諸如地震、抗洪）中發揮作用，同時也可在鄉村診所中完成對相關疾病的診斷工作。
上傳時間： 2013-05-18
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隨著數碼技術的不斷發展，數字圖像處理的應用領域不斷擴大，其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)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統的圖像顯示系統必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩定性問題。本設計脫離高清晰工業相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現系統的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現Bayer格式到RGB格式轉換的設計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設計圖像畫質相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結構應用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替傳統的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規模，滿足圖像實時處理的要求，使展現出來的視頻圖像得到質的飛躍。可以廣泛應用于工業控制和遠程監控等領域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠對輸入是每像素8bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數據進行實時重構，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數據緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構建VGA顯示控制器，實現對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結構包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數據處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統進行了調試。經實驗驗證，系統達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統資源很少，用較少的時間完成了圖像數據的轉換，提高了效率。
上傳時間： 2013-06-08
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MP3音樂是目前最為流行的音樂格式，因其音質、復雜度與壓縮比的完美折中，占據著廣闊的市場，不僅在互聯網上廣為流傳，而且在便攜式設備領域深受人們喜愛。本文以MPEG-1的MP3音頻解碼器為研究對象，在實時性、面積等約束條件下，研究MP3解碼電路的設計方法，實現FPGA原型芯片，研究MP3原型芯片的驗證方法。 論文的主要貢獻如下： (1)使用算法融合方法合并MP3解碼過程的相關步驟，以減少緩沖區存儲單元的容量和訪存次數。如把重排序步驟融合到反量化模塊，可以減少一半的讀寫RAM操作；把IMDCT模塊內部的三個算法步驟融合在一起進行設計，可以省去存儲中間計算結果的緩存區單元。 (2)反量化、立體聲處理等模塊中，采用流水線設計技術，設置寄存器把較長的組合邏輯路徑隔開，提高了電路的性能和可靠性；使用連續訪問公共緩存技術，合理規劃各計算子模塊的工作時序，將數據計算的時間隱藏在訪存過程中；充分利用頻率線的零值區特性，有效地減少數據計算量，加快了數據處理的速度。 (3)設計了MP3硬件解碼器的FPGA原型芯片。采用Verilog HDL硬件描述語言設計RTL級電路，完成功能仿真，以Altera公司Stratix II系列的EP2S180 FPGA開發板為平臺，實現MP3解碼器的FPGA原型芯片。MP3硬件解碼器在Stratix II EP2S180器件內的資源利用率約為5％，其中組合邏輯查找表ALUT為7189個，寄存器共有4024個，系統頻率可達69.6MHz，充分滿足了MP3解碼過程的實時性要求。實驗結果表明，MP3音頻解碼FPGA原型芯片可正常播放聲音，解碼音質良好。
上傳時間： 2013-07-01
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隨著以計算機技術為核心的信息技術的迅速發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。在這些因素的驅動下，顯示技術也取得了飛速的發展。使用FPGA/CPLD設計的液晶控制器具有很高的靈活性，可以根據不同的液晶類型、尺寸、使用場合，特別是不同的工業產品，做一些特殊的設計，以最小的代價滿足系統的要求。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。 本文設計了一個采用FPGA設計的液晶顯示控制器，主要解決以下內容：采用Cyclone芯片設計的液晶控制器；采用硬件描述語言進行的液晶顯示控制器設計，重點介紹了如何通過特殊設計控制器與CPU協調的工作，驅動系統所需時序信號的產生，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，顯示數據的緩沖、轉化方法，使用FPGA設計的用于本系統的特殊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。 關鍵詞：液晶控制器、SDRAM控制器、時序信號發生器、灰度顯示、時間抖動算法
上傳時間： 2013-04-24
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隨著半導體制造技術不斷的進步，SOC(System On a Chip)是未來IC產業技術研究關注的重點。由于SOC設計的日趨復雜化，芯片的面積增大，芯片功能復雜程度增大，其設計驗證工作也愈加繁瑣。復雜ASIC設計功能驗證已經成為整個設計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統對ASIC設計進行功能驗證，就是利用FPGA器件實現用戶待驗證的IC設計。利用測試向量或通過真實目標系統產生激勵，驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統，可在ASIC設計的早期，驗證芯片設計功能，支持硬件、軟件及整個系統的并行開發，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時還可在目標系統中同時測試系統中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優點是速度快，能夠實時仿真用戶設計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數據，而FPGA作為硬件系統，突出優點是速度快，實時性好。可以將SOC軟件調試系統的開發和ASIC的開發同時進行。 此設計以ALTERA公司的FPGA為主體來構建驗證系統硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構建與PC的調試驗證數據鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產生測試向量，通過JTAG控制SOC目標系統，達到對SOC內部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時，該驗證平臺還可以支持SOC目標系統后續軟件的開發和調試。 本文介紹了芯片驗證系統，包括系統的性能、組成、功能以及系統的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統的硬件平臺，提出了驗證系統的總體設計方案，重點對驗證系統的數據鏈路的實現進行了闡述；詳細研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結合，構建出調試與驗證數據鏈路；根據芯片驗證的要求，設計出軟核處理器NIOS II系統與PC建立數據鏈路的軟件系統，并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術，完成對國產某型DSP芯片的驗證與測試，研究如何構建一種通用的SOC芯片驗證平臺，解決SOC驗證系統的可重用性和驗證數據發送、傳輸、采集的實時性、準確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統在芯片驗證與測試應用研究領域，有較高的理論和實踐研究價值。
上傳時間： 2013-05-25
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擴頻通信，即擴展頻譜通信技術(Spread Spectrum Communication)，它與光纖通信、衛星通信一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。 擴頻通信是將待傳送的信息數據用偽隨機編碼序列，也即擴頻序列(SpreadSequence)調制，實現頻譜擴展后再進行傳輸。接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理，恢復出原始信息數據。 擴頻通信系統與常規的通信系統相比，具有很強的抗人為干擾，抗窄帶干擾，抗多徑干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等特點。 現場可編輯門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)提供了極強的靈活性，可讓設計者開發出滿足多種標準的產品。FPGA所固有的靈活性和性能也可讓設計者緊跟新標準的變化，并能提供可行的方法來滿足不斷變化的標準要求。 EDA 工具的出現使用戶在對FPGA設計的輸入、綜合、仿真時非常方便。EDA打破了軟硬件之間最后的屏障，使軟硬件工程師們有了真正的共同語言，使目前一切仍處于計算機輔助設計(CAD)和規劃的電子設計活動產生了實在的設計實體論文對擴頻通信系統和FPGA設計方法進行了相關研究，并且用Altera公司的最新的FPGA開發平臺QuartusII實現了一個基帶擴頻通信系統的發送端部分，最后用軟件Protel99SE設計了相應的硬件電路。 該系統的設計主要分為兩個部分。第一部分是用QuartusII軟件設計了系統的VHDL語言描述代碼，并對系統中每個模塊和整個系統進行相應的功能仿真和時序時延仿真；第二部分是設計了以FPGA芯片EP1C3T144C8N為核心的系統硬件電路，并進行了相關測試，完成了預定的功能。
上傳時間： 2013-07-26
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本文對基于FPGA的對象存儲控制器原型的硬件設計進行了研究。主要內容如下： ⑴研究了對象存儲控制器的硬件設計，使其高效完成對象級接口的智能化管理和復雜存儲協議的解析，對對象存儲系統整體性能提升有重要意義。基于SoPC(片上可編程系統)技術，在FPGA(現場可編程門陣列)上實現的對象存儲控制器，具有功能配置靈活，調試方便，成本較低等優點。 ⑵采用Cyclone II器件實現的對象存儲控制器的網絡接口，包含處理器模塊、內存模塊、Flash模塊等核心組成部分，提供千兆以太網的網絡接口和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正常運行。在設計實現PCB(印制電路板)時，從疊層設計、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的調試策略，并完成了部分模塊的調試工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的對象存儲控制器系統設計方案，Virtex-4內嵌PowerPC高性能處理器，可更好地完成對象存儲設備相關的控制和管理工作。實現了豐富的接口設計，包括千兆以太網、光纖通道、SATA(串行高級技術附件)等網絡存儲接口以及較PCI性能更優異的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工具完成了該系統硬件的原理圖繪制，通過了設計規則檢查，生成了網表用作下一步設計工作的交付文件。
上傳時間： 2013-04-24
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