隨著 EDA 技術及微電子技術的飛速發(fā)展，現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA的設計水平也達到了一個新的高度。基于FPGA的嵌入式系統設計為現代電子產品設計帶來了更大的靈活性，以Nios Ⅱ軟核處理器為核心的SOPC(System on Programmable Chip)系統便是把嵌入式系統應用在FPGA上的典型例子，本文設計的指紋識別模塊就是基于FPGA的Nios Ⅱ處理器為核心的SOPC設計。通過IP核技術和靈活的軟硬件編程，實現Nios Ⅱ對FPGA外圍器件的控制，并對指紋處理算法進行了改進，研究了指紋識別算法到Nios Ⅱ系統的移植。 本文首先闡述了指紋識別模塊的SOPC設計方案，然后是對模塊的詳細設計。在硬件方面，完成了指紋識別模塊的 FPGA 硬件設計，包括 FPGA 內部的Nios Ⅱ系統硬件設計和 FPGA 外圍電路設計。前者利用 SOPC Builder將Nios Ⅱ處理器、指紋讀取接口 UART、鍵盤與LCD顯示接口、FLASH接口、SDRAM控制器構建成NiosⅡ硬件系統，后者是電源和時鐘電路、SDRAM存儲器電路、FLASH存儲器電路、LCD顯示電路、指紋傳感器電路、FPGA 配置電路這些純實物硬件設計，給出了設計方法和電路連接圖。 在軟件方面，包括下面兩個內容： 完成 FPGA 外圍器件程序設計，實現對外圍器件的操作。 深入的研究了指紋識別算法。對指紋圖像識別算法中的指紋圖像濾波和匹配算法進行了分析，提出了指紋圖像增強改進算法和匹配改進算法，通過試驗，改進后的指紋圖像濾波算法取得了較好的指紋圖像增強效果。改進后的匹配算法速度較快，誤識率較低。最后研究了指紋識別算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系統的實現。
上傳時間： 2013-06-12
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本論文來自于863項目基于光互連自組織內存服務體系(簡稱MemoryBox)。本文主要研究Memory Box系統中基于可重配置計算架構，軟硬件攜同設計方法，在XILINX VIRTEX 2 Pro FPGA上設計實現嵌入式系統。由于嵌入式系統是Memory Box工作的平臺，所以硬件應具有良好的擴展性、靈活性，軟件應具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。在硬件平臺選型時，我們選擇的是基于高性能Xilinx VIRTEX2 Pro的自制開發(fā)板。嵌入式系統軟硬件開發(fā)平臺選用的是Xilinx EDK、ISE。內核移植所用的交叉開發(fā)工具鏈為powerpc-405-linux-gnu。該交叉開發(fā)工具鏈工作在Red Hat Enterprise LINUX．AS 4平臺下。 本論文主要包括三部分工作：首先是硬件設計，其核心是EDK和ISE設計的SOPC工程；然后是嵌入式LINUX內核移植與調試；最后完成存儲管理軟件的設計。完全用硬件實現系統要求的各種存儲管理功能極其困難。而通過移植內核，存儲管理軟件以運行在Linux內核上的應用軟件的形式實現了其功能。存儲管理軟件要解決共享沖突，負載均衡，遠程內存與本地內存的地址一致性以及對海量內存陣列的重新編址等問題，設計出較完善的Memory Box的存儲管理模型。
上傳時間： 2013-06-11
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JPEG是聯合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標準化組織(ISO)和CCITT聯合制定的靜態(tài)圖像壓縮編碼標準。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點，被廣泛應用在數據量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網絡程序中。 動態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復質量高、實時性強，本課題就是針對這兩個方面的要求展開的研究。該系統由圖像編碼服務器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務器端實時采集攝像頭傳送的動態(tài)圖像，進行JPEG編碼，通過網絡傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經過JPEG解碼，恢復出原始圖像送VGA顯示。設計結果完全達到了實時性的要求。 本文從系統實現的角度出發(fā)，首先分析了系統開發(fā)平臺，介紹FPGA的結構特點以及它的設計流程和指導原則；然后從JPEG圖像壓縮技術發(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標準實現高壓縮比高質量圖像處理的原理；針對FPGA在算法實現上的特點，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設計了基于改進的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發(fā)生頻率進行優(yōu)化的霍夫曼查找表結構，并且從系統整體上對JPEG編解碼進行簡化，以提高系統的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網絡傳輸轉變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統中，由Nios嵌入式軟核的控制下運行，在FPGA芯片上實現整個JPEG實時圖像編解碼系統(soc)。 在FPGA上實現硬件模塊化的JPEG算法，具有造價低功耗低，性能穩(wěn)定，圖像恢復后質量高等優(yōu)點，適用于精度要求高且需要對圖像進行逐幀處理的遠程微小目標識別和跟蹤系統中以及廣電系統中前期的非線性編輯工作以及數字電影的動畫特技制作，對降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現實意義。通過在FPGA上實現JPEG編解碼，進一步探索FPGA在數字圖像處理上的優(yōu)勢所在，深入了解進行此類硬件模塊設計的技術特點，是本課題的重要學術意義所在。
上傳時間： 2013-04-24
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監(jiān)測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統來實現，其特點是將對ADC的控制、數字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態(tài)控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發(fā)動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發(fā)動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監(jiān)測，運用于民用機械能產生非常好的經濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規(guī)定的時間內與DSP模塊進行數據交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協調同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發(fā)，實現了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創(chuàng)建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發(fā)出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調用。其四，在NIOS Ⅱ系統中添加了uC/OS Ⅱ操作系統，提高了整個系統的穩(wěn)定性，并且降低了開發(fā)難度，提高了系統升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發(fā)的，所以該系統包括了所有FPGA系統的特點，包括并行的DSP處理、在系統可編程、升級簡單等特點，極易使設計產品化。
上傳時間： 2013-04-24
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汽車工業(yè)在國民經濟增長中發(fā)揮著越來越重要的作用。近幾年，雖然我國的汽車工業(yè)已經得到了飛速的發(fā)展，但汽車ECU(Electronic Control Unit)的設計制造一直無法實現國產化，嚴重制約了汽車工業(yè)的發(fā)展。針對這個現狀，本課題對于ECU的設計進行了初步研究。首次嘗試了基于SOPC技術的ECU系統設計，并利用dSPACE實時仿真發(fā)動機，完成了ECU的硬件在回路仿真，對控制效果進行了測試和分析。 目前，市場上的ECU系統都是基于專用單片機的。本文首先對現有的汽車發(fā)動機控制器結構進行了分析比較，總結出ECU的主要組成部件；而后通過各類方案的對比，確定了本課題采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ軟核的SOPC技術方案。 之后，進行了汽車發(fā)動機模型搭建和控制算法的設計。發(fā)動機模型以Hendricks提出的均值模型為基礎，參考mathworks公司的發(fā)動機建模方案進行設計。并在該模型基礎上，參考Fekete提出的針對多缸發(fā)動機的基于模型的空燃比控制策略和mathworks發(fā)動機控制方案，建立了以控制空燃比為核心的發(fā)動機噴油控制算法。并通過simulink的仿真，驗證了模型和算法的合理有效性。 基于系統設計總體方案，完成了ECU硬件電路設計，并在該系統中完成了上述算法的移植和優(yōu)化。最后，利用dSPACE實時仿真發(fā)動機，進行ECU的硬件在回路仿真，對本文設計的ECU系統進行了測試。證實了該ECU方案在空燃比控制方面取得了較好的效果。 本論文以大量的圖示形式介紹了發(fā)動機模型和系統軟硬件設計，使得系統結構和軟件流程等一目了然，淺顯易懂。同時論文中采用的基于SOPC技術的ECU設計具有一定創(chuàng)新性，對于其他ECU系統的開發(fā)和設計具有一定指導意義。
上傳時間： 2013-07-11
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軟件無線電(SDR)
上傳時間： 2013-06-13
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基于FPGA的智能小車系統就是本地計算機通過接入Internet小車實現對遠端工作現場、危險工作地段等特殊環(huán)境進行監(jiān)視和控制的系統。智能小車是智能行走機器人的一種，這種智能小車可以適應不同環(huán)境，不受溫度、濕度、空間、磁場輻射、重力等條件的影響，可以在人類無法進入或生存的環(huán)境中完成人類無法完成的探測任務。適用于國防及民用多個領域。整個系統以遙控小車裝置為基礎，通過配置在上面的攝像頭實現圖像的采集及對行車道的檢測，通過配置的紅外測溫儀探測環(huán)境和目標的溫度，具有一定的智能性。其明顯的優(yōu)點是可以通過網絡遠程控制小車運行及采集現場的溫度、圖像等相關信息，完成人類在特定條件下無法完成的工作。對人類的科學研究、探索未知領域、遠程監(jiān)控等有著重要的意義。 論文在深入研究SOPC和嵌入式操作系統的基礎上，提出了基于FPGA的智能小車遠程監(jiān)控方案。采用FPGA來實現，可以充分利用現有的IP核，功能擴展容易，設計開發(fā)成本低，上市時間快，修改方便，甚至可以遠程重構系統。與單片機相比，集成度高，可靠性好，調試和維護方便。 論文主要內容包括以下幾個部分：在對智能小車功能分析的基礎上，設計了硬件系統，并在FPGA上構建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系統，配置了SPI、串行口和以太網接口模塊和驅動程序，以及各種存儲器。移植了μClinux操作系統，配置嵌入式Web服務器，編寫CGI程序，設計了動態(tài)網頁；并對行車道檢測系統進行了研究，在DSP Builder中構建了該模塊，并在Matlab中進行了仿真。在研究數碼相機模塊和紅外測溫模塊的基礎上，編寫了圖像采集和溫度測量程序以及小車運動控制程序，并對系統進行了調試，初步達到通過Internet實現遠程監(jiān)控的目的。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著科學技術的發(fā)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(fā)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(huán)節(jié)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(zhí)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(fā)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(yōu)勢，擁有廣闊的發(fā)展前景。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著印制電路板功能的日益增強，結構日趨復雜，系統中各個功能單元之間的連線間距越來越細密，基于探針的電路系統測試方法已經很難滿足現在的測試需要。邊界掃描測試(BST)技術通過將邊界掃描寄存器單元安插在集成電路內部的每個引腳上，相當于設置了施加激勵和觀測響應的內建虛擬探頭，通過該技術可以大大的提高數字系統的可觀測性和可控性，降低測試難度。針對這種測試需求，本文給出了基于FPGA的邊界掃描控制器設計方法。 完整的邊界掃描測試系統主要由測試控制部分和目標器件構成，其中測試控制部分由測試圖形、數據的生成與分析及邊界掃描控制器兩部分構成。而邊界掃描控制器是整個系統的核心，它主要實現JTAG協議的自動轉換，產生符合IEEE標準的邊界掃描測試總線信號，而邊界掃描測試系統工作性能主要取決與邊界掃描控制器的工作效率。因此，設計一個能夠快速、準確的完成JTAG協議轉換，并且具有通用性的邊界掃描控制器是本文的主要研究工作。 本文首先從邊界掃描技術的基本原理入手，分析邊界掃描測試的物理基礎、邊界掃描的測試指令及與可測性設計相關的標準，提出了邊界掃描控制器的總體設計方案。其次，采用模塊化設計思想、VHDL語言描述來完成要實現的邊界掃描控制器的硬件設計。然后，利用自頂向下的驗證方法，在對控制器內功能模塊進行基于Testbench驗證的基礎上，利用嵌入式系統的設計思想，將所設計的邊界掃描控制器集成到SOPC中，構成了基于SOPC的邊界掃描測試系統。并且對SOPC系統進行軟硬件協同仿真，實現對邊界掃描控制器的功能驗證后將其應用到實際的測試電路當中。最后，在基于SignalTapⅡ硬件調試的基礎上，軟硬件結合對整個系統可行性進行了測試。從測試結果看，達到了預期的設計目標，該邊界掃描控制器的設計方案是正確可行的。 本文設計的邊界掃描控制器具有自主知識產權，可以與其他處理器結合構成完整的邊界掃描測試系統，并且為SOPC系統提供了一個很有實用價值的組件，具有很明顯的現實意義。
上傳時間： 2013-07-20
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數字超聲診斷設備在臨床診斷中應用十分廣泛，研制全數字化的醫(yī)療儀器已成為趨勢。盡管很多超聲成像儀器設計制造中使用了數字化技術，但是我們可以說現代VLSI 和EDA 技術在其中并沒有得到充分有效的應用。隨著現代電子信息技術的發(fā)展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關的領域都得到了較好的應用，例如數字通信和相控雷達領域。 在研究現代超聲成像原理的基礎上，我們首先介紹了常見的數字超聲成像儀器的基本結構和模塊功能，同時也介紹了現代FPGA 和EDA 技術。隨后我們詳細分析討論了B 超中，全數字化波束合成器的關鍵技術和實現手段。我們設計實現了片內高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結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。我們設計實現了基于直接數字頻率合成原理的數控振蕩器，能夠給出一對幅值和相位較平衡的正交信號，且在FPGA 片內實現方案簡單廉價。數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，導致回波中心頻率下移的聲學物理現象，可視作將回波接收機的中心頻率同步動態(tài)變化進行補償。 還設計實現了B 型數字超聲診斷儀前端發(fā)射波束聚焦和掃描控制子系統。在單片FPGA 芯片內部設計實現了聚焦延時、脈寬和重復頻率可動態(tài)控制的發(fā)射驅動脈沖產生器、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果表明該子系統為設計實現高速度、高精度、高集成度的全數字化超聲診斷設備打下了良好的基礎，將加快其研發(fā)和制造進程，為生物醫(yī)學電子、醫(yī)療設備和超聲診斷等方面帶來新思路。
上傳時間： 2013-05-30
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