現場可編程門陣列FPGA具有性能好、規模大、可重復編程、開發投資小等優點，在現代電子產品中應用得越來越廣泛。隨著微電子技術的高速發展，成本的不斷下降，FPGA正逐漸成為各種電子產品不可或缺的重要部件。 FPGA軟件復雜的設置和不同的算法、FPGA硬件多樣的結構和豐富的功能、各個廠商互不兼容的軟硬件等差異，都不僅使如何挑選合適的軟硬件用于產品設計成為FPGA用戶棘手的問題，而且使構造一個精確合理的FPGA軟硬件性能的測試方法變得十分復雜。 基準測試是用一個基準設計集按照統一的測試規范評估和量化目標系統的軟件或硬件性能，是目前計算機領域應用最廣泛、最主要的性能測試技術。 通過分析影響FPGA軟硬件性能基準測試的諸多因素，比如基準設計的挑選、基準設計的優化，FPGA軟件的設置和約等，本文基于設計和硬件分類、優化策略分類的基準測試規范，提出了一組詳盡的度量指標。 基準測試的規范如下，首先根據測試目的配置測試環境、挑選基準設計和硬件分類，針對不同的FPGA軟硬件優化基準設計，然后按照速度優先最少優化、速度優先最大優化、資源和功耗優先最少優化、資源和功耗優先最大優化四種優化策略分別編譯基準設計，并收集延時、成本、功耗和編譯時間這四種性能數據，最后使用速度優先最少優化下的性能集、速度優先最少優化性能集、資源和功耗優先最少優化下的性能集、資源和功耗優先最大優化下的性能集、速度優先最少和最大優化之間性能集的差、速度優先最少優化下性能集的比較等十個度量指標量化性能，生成測試報告。 最后，本基準測試規范被應用于評估和比較Altera和Xilinx兩廠商軟硬件在低成本領域帶處理器應用方面的性能。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264/AVC是國際電信聯盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結構框圖，并總結出了影響CAVLC編碼器實現的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優化設計，這些優化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-04
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隨著SOC技術、IP技術以及集成電路技術的發展，RISC軟核處理器的研究與開發設計開始受到了人們的重視?；贔PGA的RISC軟核處理器在各個行業開始得到了廣泛的應用，特別是在一些基于FPGA的嵌入式系統中有著越來越廣泛的應用前景。 該論文在研究了大量國內外技術文獻的基礎上，總結了RISC處理器發展的現狀與水平。認真分析了RISC處理器的基本結構，包括總線結構，流水線處理的原理，以及流水線數據通路和流水線控制的原理；并詳細分析了該設計采用的指令集——MIPS指令集的內在結構。設計出了一個32位RISC軟核處理器，這個軟核處理器采用五級流水線結構，能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術邏輯操作，以及它們的組合操作。通過軟件仿真和在Altera的FPGA開發板上進行驗證，證明了所設計的32位RISC處理器能準確的執行所選用的MIPS指令集，運行速度能達到30MHz，功能良好。 通過對所設計對象特點及其可行性的研究，選用了Altera公司QuartusⅡ軟件作為設計與仿真驗證的環境。在設計方法上，該課題采用了自頂向下的設計方法。在設計過程中采用了邊設計邊驗證這種設計與驗證相結合的設計流程，大大提高了設計的可靠性。該課題在設計過程中還提出了兩個有效的設計思路：第一是在32位寄存器的設計中利用FPGA的內部RAM資源來設計，減少了傳輸延時，提高了運行速度，并大大減少了對FPGA內部資源的占用；第二是在系統架構上采用了柔性化的設計方法，使得設計可以根據實際的需求適當的增減相應的部件，以達到需求與性能的統一。這兩個方法都有效地解決了設計中出現的問題，提高了處理器的性能。
上傳時間： 2013-07-21
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H.264/AVC是ITU-T和ISO聯合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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隨著社會的進步及移動用戶的迅猛增長，第三代移動通信越來越受到各界的重視。多用戶檢測技術是第三代移動通信中重要的技術之一；常規CDMA接收機采用匹配濾波器的結構，但是這種結構的接收機并沒有考慮到信道中多址干擾的存在，使彼此間影響減少來提高系統容量；而功控的方法也沒有從接收信號中真正去除多址干擾，只能緩解這種矛盾，不能從根本上解決問題。要想真正消除干擾，大幅度提高系統容量，必須通過多址對消和多用戶檢測技術。 本文首先介紹了CDMA的基本原理和多用戶檢測的基本原理。然后重點介紹和分析各種多用戶檢測的原理，然后依據多用戶檢測的四個技術指標對各種多用戶檢測的方法進行比較，從中選擇實現簡單，性能優越的解相關檢測器來作為實現的標的算法。 然后，本文重點研究分析解相關檢測器的原理，給出了實現解相關檢測器的系統設計的流程，其中包括硬件電路的搭建和軟件實現的方法。硬件電路是基于DSP(TI公司的TMS320C5402)和FPGA(Altera公司的EP1K10Q208-3)來完成。軟件部分主要采用C語言來完成。 本文系統研究了多用戶檢測技術，并實現了解相關算法，在理論研究和實際應用方面都有一定的價值。
上傳時間： 2013-07-29
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本課題深入分析了GPS軟件接收機基于FFT并行捕獲算法并詳細闡述了其FPGA的實現。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號處理實時性的要求。 論文的主體部分首先簡單分析了擴頻通信系統的基本原理，介紹了GPS系統的組成，詳細闡述了GPS信號的特點，并根據GPS信號的組成特點介紹了接收機的體系結構。其次，通過對GPS接收機信號捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實現復雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對該方案提出了幾點改進的措施，根據前面的分析，提出了系統的實現方案，利用MATLAB對該系統進行仿真，仿真的結果充分的驗證了方案的可行性。接著，對于捕獲環節中的核心部分—FFT處理器，設計中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨立設計實現了基于FPGA的FFT處理器，并通過對一組數據在MATLAB中運算得到結果和FPGA輸出結果相對比，可以驗證該FFT處理器的正確性。再次重點分析了GPS接收機并行捕獲部分的FPGA具體實現，通過捕獲的FPGA時序仿真波形，證明了該系統已經能成功地捕獲到GPS信號。最后，對全文整個研究工作進行總結，并指出以后繼續研究的方向。 本課題雖然是對于GPS接收機的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導航系統的接收機相近，因此該課題的研究對我國衛星導航事業的發展起到了積極的推動作用。
上傳時間： 2013-05-29
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頻率合成技術廣泛應用于通信、航空航天、儀器儀表等領域。目前，常用的頻率合成技術有直接式頻率合成、鎖相頻率合成和直接數字頻率合成(DDS)。DDS系統可以很方便地獲得頻率分辨率很精細且相位連續的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數字通信領域。 本論文是利用FPGA完成一個DDS系統。DDS是把一系列數字量形式的信號通過D/A轉換形成模擬量形式的信號的合成技術。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉換器產生已經用數字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統應包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加(一般由ROM實現)；DA轉換電路，將數字形式的幅度碼轉換成模擬信號。 本文根據設計指標，進行了DDS系統分析和設計，包括DDS系統框圖的設計，相位控制字和頻率控字的設計，以及軟件和硬件設計，重點在于利用FPGA改進設計，包括控制系統(頻率控制器和初始相位控制器)，尋址系統(相位累加器和數據存儲器)，以及轉換系統(D/A轉換器和濾波器)的設計。介紹了利用現場可編程邏輯門陣列(FPGA)實現數控振蕩器(DNO，即DDS)的原理、電路結構，重點介紹了DDS技術在FPGA中的實現方法，給出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片進行直接數字頻率合成的VHDL源程序。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著網絡技術和通信技術的突飛猛進，人們對通信的保密性能，抗干擾能力的要求越來越高，而且對信息隱蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。這些要求的實現都離不開擴頻通信技術的應用，而擴頻通信芯片作為擴頻通信網絡的核心器件，自然也成了研究的重點。本論文旨在借鑒國內外相關研究成果，并以家庭電力線通信環境為背景，驗證了一種CDMA碼分多址通信的實現方案，并通過智能家庭系統展示了其應用效果。 本課題以構建家庭電力載波通信網絡為目標，首先，以兩塊Cyclone系列FPGA開發板為基礎，分別作為發送單元和接收單元，構建了系統的硬件開發平臺；以QuartusⅡ 7.2為開發環境，運用Verilog硬件描述語言，編寫擴頻模塊和解擴模塊，并且進行了測試、仿真和綜合，驗證了通過專用芯片實現擴頻通信系統的可行性。應用方面，采用電力線載波通信芯片，提出了一種由智能插線板和嵌入式網關構成的家電控制系統。用戶通過WEB方式登陸嵌入式網關，智能插線板能夠在嵌入式網關的控制下控制電器的電源、發送紅外遙控指令，實現對家電的遠程遙控。使用兩塊FPGA開發板，實現了擴頻通信基本收發是本設計得主要成果；將擴頻通訊技術、嵌入式Web技術引入到智能家庭系統的設計當中是本文的一個特點。 仿真和實驗表明：采用電力線載波通信芯片組建家庭網絡的方案可行，由智能插線板和嵌入式網關構成的家電控制系統能靈活、便捷地實施家電控制，并具有一定的節能效果。
上傳時間： 2013-06-17
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隨著電子科學、圖像傳輸處理技術與理論的迅速發展，機器人視頻監控技術的實際研究與應用曰益得到重視，并不斷地在許多領域取得驕人的成果。特別是近年來，機器人視頻監控技術已成為高技術領域一個重要的研究課題。 本論文詳細介紹了一種機器人視頻監視系統的設計方案，實現了具有前端視頻采集、圖像傳輸處理功能的FPGA系統。該系統采用Altera公司的FPGA芯片作為中央處理器，由視頻采集模塊、異步FIFO模塊、I
上傳時間： 2013-07-21
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圖像增強技術是數字圖像處理領域中的一項重要內容，隨著數字圖像處理應用領域的不斷擴大，快速、實時圖像處理技術成為研究的熱點。超大規模集成電路技術的飛速發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)憑借其高速并行、可重配置的架構和基于查找表的獨特結構等優點使得在數字信號處理領域的應用持續上升。國內外，越來越多的實時圖像處理應用逐漸轉向FPGA平臺。 本文基于FPGA的圖像增強技術研究主要是針對空間域方法，這種方法是指在空間域內直接對像素灰度值進行運算處理，算法簡單并且存在并行性，非常適合于用硬件實現。FPGA可以靈活地實現并行、實時處理圖像數據，正是利用這一特點，本文提出了一種基于FPGA的圖像增強處理系統設計。該系統采用SOPC技術，完成圖像增強處理。文中給出了系統設計思路，并分析了該系統的結構及功能實現，說明了系統實現過程。其硬件平臺的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自頂向下的設計方法構造圖像增強處理功能模塊，利用硬件描述語言vHDL對圖像增強模塊進行電路描述，并進行設計優化、仿真，在生成系統配置文件后加載到FPGA上進行板級調試。完成了基于FPGA的圖像增強算法模塊的設計，重點設計實現了點運算增強處理模塊、中值濾波器模塊，并對中值濾波器進行了改進設計實現，采用FPGA完成了對圖像增強算法的硬件加速。
上傳時間： 2013-06-16
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