在現代電子系統中，數字化已經成為發展的必然趨勢，接收機數字化是電子系統數字化中的一項重要內容，對數字化接收機的研究具有重要的意義。隨著數字化理論和微電子技術的迅速發展，高速的中頻數字化接收機的實現已經成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無線電數字接收平臺的設計，并著重研究了其中數字中頻處理單元的設計和實現。FPGA器件具有設計靈活、開發周期短和開發成本低等優點，所以廣泛應用于各種通信系統中。相比于傳統的DSP串行結構，FPGA能夠進行流水線性設計，對數據進行并行處理，所以FPGA在進行數據量大，要求實時處理的系統設計時有很大的優勢。 本文首先首先分析了軟件無線電當前的發展趨勢及技術現狀，針對存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問題，提出了中頻軟件無線電的FPGA實現方案。本文以FPGA實現為重點，在深入分析軟件無線電相關理論的基礎上，著重研究和完成了中頻軟件無線電數字接收平臺兩大模塊的FPGA實現：數字下變頻相關模塊和數字調制解調模塊。其中，在深入研究數字下變頻實現結構的基礎上，首先對數字下變頻模塊的數控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(DDS)實現，其頻率分辨率高，靈活，易于實現；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，FIR濾波器組成。對積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對內部寄存器的位寬進行改進，極大地節約了資源，提高了運行速率。對FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運行速度只與數據的寬度有關，只有加減法運算和二進制除法，既縮減了系統資源又大大節省了運算時間，實現了高效的實時處理。對數字調制解調模塊，重點研究和完成了2ASK和2FSK的調制解調的FPGA實現，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統中。在文章的最后還對整個系統進行了Matlab仿真，驗證了系統設計思想的正確性。在系統各個關鍵模塊的設計過程中，都是先依據一定的設計指標進行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時序仿真測試，并與Matlab仿真結果進行對比，驗證設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-18
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“計算機組成原理”是計算機專業的一門核心課程。傳統的計算機組成原理實驗是在指令格式、尋址方式、運算器、控制器、存儲器等都相對固定的情況下進行，學生主要進行功能實現和驗證，缺少自主設計和創新過程。 為改變這種狀況，須更新現有的計算機組成原理實驗系統。采用FPGA芯片作為載體，使用EDA開發工具，用硬件描述語言實現不同的硬件邏輯，再與硬件的輸入輸出接口線路相連，最終組成一臺可用于組成實驗教學的完整計算機系統。這期間學生將掌握組成原理實驗系統的各個部件的功能及其相互之間如何協作。本實驗系統能夠讓學生完成有關計算機組成原理的部件實驗和整機實驗：部件實驗包括加法器、乘法器、除法器、算術邏輯運算單元、控制器、存儲器等；整機實驗可以獨立實現各部件的功能描述。該系統能夠幫助學生鞏固課堂知識并增強設計能力。 為實現上述目的，依據EDA技術的開發流程和方法，建立了一個完整的體系，其中包括控制模塊、內存模塊、運算器模塊、通用寄存器組及其控制部件、程序計數器、地址寄存器、指令寄存器、時序部件、數據控制部件、狀態值控制部件，以及為幫學生調試而專門設計的輸出觀察部件。在Quartus Ⅱ開發環境下，使用Altera公司FPGA芯片，采用VHDL，語言設計并實現了上述模塊。經過仿真測試，所實現的各功能模塊作為獨立部件時能完成各自功能：而將這些部件組合起來的整機系統，可以執行程序段和進行各種運算處理，達到了設計要求。
上傳時間： 2013-06-01
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隨著以太網技術的不斷發展，網絡的傳輸速度已經由最初的10M發展到現在的10,000M。用可編程邏輯器件(FPGA)實現以太網控制器與其它SOC系統的互連成為當前的研究熱點。本文闡述了MAC層的FPGA設計、仿真及測試；介紹了整個系統的內部結構、模塊劃分，并對各個模塊的設計過程進行了詳細闡述，接著介紹了開發環境和驗證工具，同時給出測試方案、驗證數據、實現結果及時序仿真波形圖。 對MAC層的主要功能模塊如:發送模塊、接收模塊、MAC流程控制模塊、寄存器模塊、MⅡ接口模塊和主機接口模塊以及CRC，CSMA/CD，HASH表等算法給出了基于FPGA及硬件描述語言的解決方法。 本課題針對以下三個方面進行了研究并取得一定的成果: 1)FPGA開發平臺的硬件實現。選用Xilinx公司的XC3S1000-FT256-4-C和ATMEL公司的ARM9200作為測試的核心器件，采用LXT971芯片作為物理層芯片，AT91RM9200作為數據輸入源和雙blockram作為幀緩存搭建FPGA硬件驗證開發平臺。 2)基于FPGA實現以太網控制器。用VerilogHDL語言構建以太網控制器，實現CSMA/CD協議、10M/100M自適應以及與物理層MⅡ接口等。 3)采用片上系統通用的WS接口。目的是便于與具有通用接口的片上系統互連，也為構建SOC上處理器提供條件。 本論文實現了一個基于WS總線接口可裁減的以太網MAC控制器IP軟核，為設計具有自主知識產權的以太網MAC控制器積累了經驗。同時，為與其它WS接口的控制器實現直接互連創造了條件，對高層次設計這一先進ASIC設計方法也有了較為深入的認識。
上傳時間： 2013-07-17
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同步技術在許多通訊系統中都是至關重要的，而WCDMA作為第三代移動通信的標準之一，對其同步算法進行研究是非常必要的。FPGA在許多硬件實現中充當了很重要的角色，所以研究如何在FPGA上實現同步算法是非常具有實際意義的。 本文討論了三步小區搜索的算法，仿真了其性能，并且對如何進行算法的FPGA移植展開了深入的討論。 本文對三步小區搜索的算法按照算法計算量和運算速度的標準分別進行了比較和討論，并以節省資源和運行穩定為前提進行了FPGA移植。最終在主同步中提出了改進型的PSC匹配濾波器算法，在FPGA上提出了采用指針型雙口RAM的實現方式；在輔同步中提出了改進型PFHT算法并采用查表遍歷算法判決，在FPGA上提出了用綜合型邏輯方式來實現；在導頻同步中采用了移位寄存器式擾碼生成算法，并引入了計分制判決算法。 與以往的WCDMA同步的FPGA實現相比，本文提出的實現方案巧妙地利用了FPGA的并行運算結構，在XILINX的V4芯片上只用了500個slice就完成了整個小區搜索，最大限度地節省了資源，為小區搜索在FPGA中的模塊小型化提供了途徑。
上傳時間： 2013-08-05
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隨著信息技術和電子技術的進步和日益成熟，計算機數據采集技術得到了廣泛應用。由于ISA數據采集卡的固有缺陷，PCI接口的數據采集卡將逐漸取代ISA數據采集卡，成為數據采集的主流。為了簡化PCI數據采集卡結構，提高數據采集可靠性，本文研究并開發了一種基于FPGA的PCI結構的數據采集卡系統。 論文對PCI對目標設備數據采集卡實現的原理和方法進行了深入研究，設計了基于FPGA的PCI數據采集卡的硬件電路，通過在FPGA中嵌入了PCI目標設備的IP核與用戶邏輯部分，構成了SOPC系統。使用Verilog硬件描述語言設計并實現了FPGA內部采集數據管理、數據管理寄存器和FIFO數據緩沖隊列等模塊電路。利用ModelSim對PCI系統進行了仿真。完成了系統硬件電路PCB板的設計，最終制作了PCI數據采集卡。 論文針對PCI結構的數據采集卡系統軟件需求，研究了WDM設備驅動軟件、Windows環境的簡易虛擬示波器以及簡易虛擬邏輯儀實現原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的軟件平臺，開發了WDM設備驅動程序。實現了Windows環境的簡易虛擬示波器，和簡易虛擬邏輯儀。系統測試結果表明該系統設計正確，系統運行穩定，功能和指標達到了設計要求。
上傳時間： 2013-07-27
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可配置端口電路是FPGA芯片與外圍電路連接關鍵的樞紐，它有諸多功能：芯片與芯片在數據上的傳遞(包括對輸入信號的采集和輸出信號輸出)，電壓之間的轉換，對外圍芯片的驅動，完成對芯片的測試功能以及對芯片電路保護等。 本文采用了自頂向下和自下向上的設計方法，依據可配置端口電路能實現的功能和工作原理，運用Cadence的設計軟件，結合華潤上華0.5μm的工藝庫，設計了一款性能、時序、功耗在整體上不亞于xilinx4006e[8]的端口電路。主要研究以下幾個方面的內容： 1.基于端口電路信號寄存器的采集和輸出方式，本論文設計的端口電路可以通過配置將它設置成單沿或者雙沿的觸發方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和時序仿真，且建立時間小于5ns和保持時間在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比較滿足設計的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它對16種狀態機轉換的控制，對16種狀態機的轉換完成了行為級描述和實現了捕獲、移位、輸出、更新等主要功能仿真。 3.基于邊界掃描電路是對觸發器級聯的構架這一特點，設計了一款邊界掃描電路，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。達到對芯片電路測試設計的要求。 4.對于端口電路來講，有時需要將從CLB中的輸出數據實現異或、同或、與以及或的功能，為此本文采用二次函數輸出的電路結構來實現以上的功能，并運用Verilog XL和Hspiee對它進行了功能和時序的仿真。滿足設計要求。 5.對于0.5μm的工藝而言，輸入端口的電壓通常是3.3V和5V，為此根據設置不同的上、下MOS管尺寸來調整電路的中點電壓，將端口電路設計成3.3V和5V兼容的電路，通過仿真性能上已完全達到這一要求。此外，在輸入端口處加上擴散電阻R和電容C組成噪聲濾波電路，這個電路能有效地抑制加到輸入端上的白噪聲型噪聲電壓[2]。 6.在噪聲和延時不影響電路正常工作的范圍內，具有三態控制和驅動大負載的功能。通過對管子尺寸的大小設置和驅動大小的仿真表明：在實現TTL高電平輸出時，最大的驅動電流達到170mA，而對應的xilinx4006e的TTL高電平最大驅動電流為140mA[8]；同樣，在實現CMOS高電平最大驅動電流達到200mA,而xilinx4006e的CMOS驅動電流達到170[8]mA。 7.與xilinx4006e端口電路相比，在延時和面積以及功耗略大的情況下，本論文研究設計的端口電路增加了雙沿觸發、將輸出數據實現二次函數的輸出方式、通過添加譯碼器將配置端口的數目減少的新的功能，且驅動能力更加強大。
上傳時間： 2013-07-20
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本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU調試技術。論文研究了NiosⅡ嵌入式軟核處理器的特性；實現了以Nios Ⅱ嵌入式處理器為核心的FPGA-CPU調試系統的軟、硬件設計；對兩種不同類型的FPGA-CPU進行了實際調試，對實驗數據進行了分析。 在硬件方面，為了控制和檢測FPGA-CPU，設計并實現了FPGA-CPU的控制電路、FPGA-CPU的內部通用寄存器組掃描電路、存儲器電路等；完成了各種外圍設備接口的設計；實現了調試系統的整體設計。 在軟件方面，設計了調試監控軟件，完成了對FPGA-CPU運行的控制和信號狀態的監測。這些信號包括地址和數據總線以及各種寄存器的數據等；實現了多種模式下的FPGA-CPU調試支持單時鐘調試、單步調試和軟件斷點多種調試模式。此外，設計了專用的編譯軟件，實現了基于不同指令系統的偽匯編程序編譯，提高了調試效率。 本文作者在實現了FPGA-CPU調試系統基礎上，對兩種指令系統不同、結構迥異的FPGA-CPU進行實際調試。調試結果表明，這種基于IP核的可復用設計技術，能夠在一個FPGA芯片內實現調試系統和FPGA-CPU的無縫連接，能夠有效地調試FPGA-CPU。
上傳時間： 2013-08-04
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本文以研究嵌入式微處理器為主，自主地設計了能夠運行MCS-51系列單片機指令的MCU系統。系統采用了VHDL 語言與原理框圖的綜合設計方法，并且在Altera公司的FPGA上通過驗證。論文深入地研究了微處理器的指令系統和數據地址通路，采用VHDL 語言完成了取指單元，指令譯碼器單元，存儲器單元和邏輯運算單元的電路模塊的設計與實現；研究了控制單元的實現方法和基于全局狀態機的設計理論，采用硬件描述語言完成了對各個控制線的相關設計與實現。論文通過原理示意圖和示例代碼的演示，著重介紹了指令譯碼器的實現方式，基于此種方式形成的譯碼電路還能夠實現更為復雜的CISC指令。 本系統采用分模塊的設計方式，把具有相同功能的邏輯電路集中到一個框圖里，使得系統的可移植性大大地提高。系統還采用層次框圖的設計方式，把明顯地具有主從關系的電路放在不同的層次里，這也使得系統模塊功能的可擴展性大大地增強。內部邏輯共分為數據存儲器模塊；程序存儲器模塊；時序控制模塊；特殊功能寄存器模塊和Core核心模塊這五個部分，文中對各個模塊的設計作了詳細的介紹。本文在最后對已實現的部分典型指令進行了邏輯仿真測試，測試結果表明，本文所設計的MCU系統能夠如預期地執行相應的指令。在指令執行的過程中，相應寄存器和總線上的值也均符合設計要求，實現了設計目標。
上傳時間： 2013-05-20
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FPGA(Field Programmable Gate Arrays)是目前廣泛使用的一種可編程器件，FPGA的出現使得ASIC(Application Specific Integrated Circuits)產品的上市周期大大縮短，并且節省了大量的開發成本。目前FPGA的功能越來越強大，滿足了目前集成電路發展的新需求，但是其結構同益復雜，規模也越來越大，內部資源的種類也R益豐富，但同時也給測試帶來了困難，FPGA的發展對測試的要求越來越高，對FPGA測試的研究也就顯得異常重要。 本文的主要工作是提出一種開關盒布線資源的可測性設計，通過在FPGA內部加入一條移位寄存器鏈對開關盒進行配置編程，使得開關盒布線資源測試時間和測試成本減少了99％以上，而且所增加的芯片面積僅僅在5％左右，增加的邏輯資源對FPGA芯片的使用不會造成任何影響，這種方案采用了小規模電路進行了驗證，取得了很好的結果，是一種可行的測試方案。 本文的另一工作是采用一種FPGA邏輯資源的測試算法對自主研發的FPGA芯片FDP250K的邏輯資源進行了嚴格、充分的測試，從FPGA最小的邏輯單元LC開始，首先得到一個LC的測試配置，再結合SLICE內部兩個LC的連接關系得到一個SLICE邏輯單元的4種測試配置，并且采用陣列化的測試方案，同時測試芯片內部所有的邏輯單元，使得FPGA內部的邏輯資源得完全充分的測試，測試的故障覆蓋率可達100％，測試配置由配套編程工具產生，測試取得了完滿的結果。
上傳時間： 2013-06-11
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USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是當今消費電子產品和儀器設備中應用最廣的接口協議之一，然而目前國內的USB芯片只有極少數幾款，產品研究善處于起步階段，絕大部分產品主要由國外的IC設計芯片廠商如Cypress、NEC等一些國際著名公司提供。因而，如果能夠自主開發設計USB芯片以替代國外同類產品，將會有很好的市場前景和利潤空間。 本論文課題是針對基于FPGA(FieldProgrammableGateArray，現場可編程門陣列器件)的數字電子產品應用設計一種實際可復用的USB接口引擎軟核。該軟核主要是用于處理USB標準協議包的通信處理，通過外接MCU(MultipointControlUnit，微控制器)就可以實現完整的USB接口通訊功能。它的功能相當于一些USB引擎的專用芯片如：Philips的PDIUSBD12等，其優點是結構簡單、靈活性高、復用設計方便。 功能仿真和綜合測試結果顯示本論文所設計的接口引擎軟核符合設計要求，并且軟核的性能和市場上同類產品基本一致。本論文的創新之處在于：1、從可配置性角度出發設計了低速、全速、高速三種可選模式；2、支持最多31個可配置端點；3、采用了可綜合、可移植的RTL(RegisterTransferLevel，寄存器傳輸級)代碼設計規則，同時也開發了可綜合的驗證測試代碼；4、完全由硬件實現USB通信功能。
上傳時間： 2013-07-18
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