信號與信息處理是信息科學中近幾年來發(fā)展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(tǒng)(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數(shù)字信號處理的前沿。基于FPGA的設(shè)計可以在系統(tǒng)可再編程及在系統(tǒng)調(diào)試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權(quán)復制、元器件和開發(fā)成本進一步降低、開發(fā)時間也大大縮短等優(yōu)點。然而,FPGA器件是基于SRAM結(jié)構(gòu)的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數(shù)據(jù)都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統(tǒng)設(shè)計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發(fā)設(shè)備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術(shù),完成了FPGA配置接口電路及實驗開發(fā)板的設(shè)計與實現(xiàn)。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,針對Altcra公司專用的USB數(shù)據(jù)配置電纜USB-Blaster,對其內(nèi)部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發(fā)實驗電路的完整軟硬件設(shè)計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調(diào)試,完成測試與驗證,實現(xiàn)了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發(fā)板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發(fā)環(huán)境下直接使用,無須在主機端另行設(shè)計通信軟件,其兼容性較現(xiàn)有設(shè)計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產(chǎn)權(quán)嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發(fā)設(shè)計的難度。 與傳統(tǒng)的基于PC并口的下載接口電路相比,本設(shè)計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發(fā)板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調(diào)試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優(yōu)勢。從成本來看,本設(shè)計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發(fā)板與其同類產(chǎn)品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以研究嵌入式微處理器為主，自主地設(shè)計了能夠運行MCS-51系列單片機指令的MCU系統(tǒng)。系統(tǒng)采用了VHDL 語言與原理框圖的綜合設(shè)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(tǒng)和數(shù)據(jù)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(shè)計與實現(xiàn)；研究了控制單元的實現(xiàn)方法和基于全局狀態(tài)機的設(shè)計理論，采用硬件描述語言完成了對各個控制線的相關(guān)設(shè)計與實現(xiàn)。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(xiàn)方式，基于此種方式形成的譯碼電路還能夠?qū)崿F(xiàn)更為復雜的CISC指令。 本系統(tǒng)采用分模塊的設(shè)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(tǒng)的可移植性大大地提高。系統(tǒng)還采用層次框圖的設(shè)計方式，把明顯地具有主從關(guān)系的電路放在不同的層次里，這也使得系統(tǒng)模塊功能的可擴展性大大地增強。內(nèi)部邏輯共分為數(shù)據(jù)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(shè)計作了詳細的介紹。本文在最后對已實現(xiàn)的部分典型指令進行了邏輯仿真測試，測試結(jié)果表明，本文所設(shè)計的MCU系統(tǒng)能夠如預期地執(zhí)行相應的指令。在指令執(zhí)行的過程中，相應寄存器和總線上的值也均符合設(shè)計要求，實現(xiàn)了設(shè)計目標。
上傳時間： 2013-05-20
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本文對嵌入硬核的FPGA布線通道寬度分布和改進FPGA布局算法進行了研究。文章在嵌入硬核的FPGA布線通道寬度分布研究中，引入了四種架構(gòu)，其布線通道寬度分布函數(shù)分別為均勻、脈沖、高斯和三角分布。通過修改VPR工具的源代碼，使平臺適用于具有嵌入硬核的FPGA架構(gòu)，利用MCNC基準電路來測試這四種架構(gòu)的性能。實驗結(jié)果表明：在以網(wǎng)線平均長度作為指標的測試中，通道寬度均勻分布的架構(gòu)具有更短的布線長度、更優(yōu)的性能。
上傳時間： 2013-06-01
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隨著圖像處理和模式識別技術(shù)的進步，基于生物特征的識別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計和預測，該領(lǐng)域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術(shù)由于其獨特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術(shù)是生物識別領(lǐng)域中應用最廣泛的識別技術(shù)，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當前電子設(shè)計領(lǐng)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(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術(shù)中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設(shè)計了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結(jié)果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設(shè)計了一個便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設(shè)計方案進行了初步的驗證，實現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設(shè)計繼續(xù)改進的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-07
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該文結(jié)合"10M/100M以太網(wǎng)交換芯片的設(shè)計"課題,介紹了以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的概況和IP CORE、SoC的設(shè)計方法,闡述了以太網(wǎng)交換原理及關(guān)鍵技術(shù),研究了CSMA/CD協(xié)議、交換機、VLAN的原理和數(shù)據(jù)流優(yōu)先技術(shù)及流量控制,在此基礎(chǔ)上完成了10M/100M以太網(wǎng)交換芯片的主要模塊的設(shè)計方案和實現(xiàn)框圖.同時結(jié)合Philip公司的IC總線的工作原理,給出了10M/100M以太網(wǎng)交換芯片的設(shè)計方案中的IC接口模塊的FPGA設(shè)計的驗證和仿真,并對仿真結(jié)果進行分析比較,驗證了IC接口模塊可以作為一個軟核來使用.
上傳時間： 2013-07-18
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FPGA能夠減少電子系統(tǒng)的開發(fā)風險和開發(fā)成本,縮短上市時間,降低維護升級成本,廣泛地應用在電子系統(tǒng)中.隨著集成電路向著片上系統(tǒng)(SoC)的發(fā)展,需要設(shè)計出FPGA IP核用于SoC芯片的設(shè)計.該論文的工作圍繞FPGA IP核的設(shè)計進行,在FPGA結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和FPGAIP接口方案設(shè)計兩方面進行了研究.設(shè)計改進了適用于數(shù)據(jù)通路的FPGA新結(jié)構(gòu)——FDP.設(shè)計改進了可編程邏輯單元(LC);對可編程連線作為"2層2類"的層次結(jié)構(gòu)進行組織,進行了改進并確定了各種連線的通道寬度;結(jié)合對迷宮布線算法的分析以及benchmark電路實驗的方法,提出了用于分段式網(wǎng)格連線的開關(guān)盒和連接盒新結(jié)構(gòu),提高連線的面積利用效率.在FPGA IP核的接口方案上,基于邊界掃描測試電路提出了FPGA IP核的測試方案;結(jié)合擴展邊界掃描測試電路得到的編程功和自動下載電路,為FPGA IP核提供了具有兩種不同編程方法的編程接口.采用SMIC 0.35um 3層金屬CMOS工藝,實現(xiàn)了一個10萬系統(tǒng)門規(guī)模的FDP結(jié)構(gòu),并和編程、測試接口一起進行版圖設(shè)計,試制了FDP100k芯片.FDP100k中包括了32×32個LC,128個可編程IO單元.在FDP100k的芯片測試中,對編程寄存器、各種可編程資源進行測試,并完成電路實現(xiàn)、性能參數(shù)測試以及IP核接口的測試,結(jié)果表明FPGA IP核的整體功能正確.
標簽： FPGAIP
上傳時間： 2013-04-24
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隨著星載電子系統(tǒng)復雜度、小型化需求的提高，SoC已經(jīng)成為應對未來星載電子系統(tǒng)設(shè)計需求的解決途徑。為了簡化設(shè)計流程并且提高部件的可重用性，在目前的SoC設(shè)計中引入了稱之為平臺的體系結(jié)構(gòu)模板，用它來描述采用已有的標準核來開發(fā)SoC的方法。在星載電子系統(tǒng)中常用部件的分類設(shè)計，最終建立一個包括多種功能部件，互連部件和處理部件的設(shè)計平臺，從而有效的提高星載電子系統(tǒng)的設(shè)計能力。在當前NASA和ESA的空間應用中，PCI總線廣泛作為背板總線和局部總線，有鑒于此，本研究選擇PCI總線作為星載電子系統(tǒng)設(shè)計平臺要提供的一個互連部件對其進行設(shè)計。 針對這一需求，本論文采用自項向下的設(shè)計方法對PCI總線從設(shè)備控制器的設(shè)計與實現(xiàn)進行了研究，對PCI總線協(xié)議做了深刻的分析，完成了PCI總線目標設(shè)備控制器的設(shè)計，采用Verilog HDL對其進行了RTL級的描述。 在該課題的研究中，采用了目前集成電路設(shè)計中常見的自頂向下設(shè)計方法，使用硬件描述語言Verilog HDL對其進行描述，重點分析了PCI總線設(shè)備控制器的設(shè)計。以PCI總線協(xié)議的分析和理解為基礎(chǔ)，對PCI總線設(shè)備控制器進行了功能分析和結(jié)構(gòu)劃分。根據(jù)PCI總線設(shè)備控制器的功能和結(jié)構(gòu)劃分，對PCI總線目標設(shè)備控制器的設(shè)計思路和各個子模塊電路的設(shè)計和實現(xiàn)進行了詳細的分析闡述，并且通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真。應用FPGA作為物理驗證和實現(xiàn)載體，進行了面向FPGA的電路綜合，進行了布局布線后的時序仿真，證明所實現(xiàn)的PCI目標設(shè)備控制器符合基本功能要求，在以上基礎(chǔ)上完成了PCI目標設(shè)備控制器的FPGA實現(xiàn)。通過這整個論文的工作，按照設(shè)計、仿真、綜合驗證及布局布線的步驟，完成了PCI總線目標設(shè)備控制器IP軟核的設(shè)計。
上傳時間： 2013-06-07
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隨著信息社會的發(fā)展，人們要處理的各種信息總量變得越來越大，尤其在處理大數(shù)據(jù)量與實時處理數(shù)據(jù)方面，對處理設(shè)備的要求是非常高的。為滿足這些要求，實時快速的各種CPU、處理板應運而生。這類CPU與板卡處理數(shù)據(jù)速度快，效率高，并且不斷的完善與發(fā)展。此類板卡要求與外部設(shè)備通訊，同時也要進行內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，于是板卡的接口設(shè)備調(diào)試與內(nèi)部數(shù)據(jù)交換也成為必須要完成的工作。本文所作的工作正是基于一種高速通用信號處理板的外部接口和內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的設(shè)計。 本文首先介紹了通用信號處理板的應用開發(fā)背景，包括此類板卡使用的處理芯片、板上設(shè)備、發(fā)展概況以及和外部相連的各種總線概況，同時說明了本人所作的主要工作。 其次，介紹了PCI接口的有關(guān)規(guī)范，給出了通用信號處理板與CPCI的J1口的設(shè)計時序；介紹了DDR存儲器的概況、電平標準以及功能寄存器，并給出了與DDR．存儲器接口的設(shè)計時序；介紹了片上主要數(shù)據(jù)處理器件TS-202的有關(guān)概況，設(shè)計了板卡與DSP的接口時序。 再次，介紹了Altera公司FPGA的程序設(shè)計流程，并使用VHDL語言編程完成各個模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞，并重點介紹了DDR控制核的編寫。 再次，介紹了WDM驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)，程序設(shè)計方法等。 最后，通過從工控機向通用信號處理板寫連續(xù)遞增的數(shù)據(jù)驗證了整個系統(tǒng)已經(jīng)正常工作。實現(xiàn)了信號處理板內(nèi)部數(shù)據(jù)通道設(shè)計以及與外部接口的通訊；并且還提到了對此設(shè)計以后地完善與發(fā)展。 本文所作的工作如下： 1、設(shè)計完成了處理板各接口時序，使處理板可以從接口接受/發(fā)送數(shù)據(jù)。 2、完成了FPGA內(nèi)部的數(shù)據(jù)通道的設(shè)計，使數(shù)據(jù)可以從CPCI準確的傳送到DSP進行處理，并編寫了DSP的測試程序。 3、完成了DDR SDRAM控制核的VHDL程序編寫。 4、完成了PCI驅(qū)動程序的編寫。
標簽： FPGA 高速并行 信號處理板 數(shù)據(jù)接口
上傳時間： 2013-06-30
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隨著圖像處理和模式識別技術(shù)的進步，基于生物特征的識別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計和預測，該領(lǐng)域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術(shù)由于其獨特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術(shù)是生物識別領(lǐng)域中應用最廣泛的識別技術(shù)，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當前電子設(shè)計領(lǐng)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(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術(shù)中各個環(huán)節(jié)的算法進行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設(shè)計了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結(jié)果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設(shè)計了一個便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設(shè)計方案進行了初步的驗證，實現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設(shè)計繼續(xù)改進的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-28
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本論文以開發(fā)基于ARM核的USB2.0-AHB接口IP此項目為依托，致力于在Windows XP操作系統(tǒng)上使用DDK(Driver Development Kit)設(shè)計和開發(fā)一個基于WDM的主機端驅(qū)動程序。開發(fā)該驅(qū)動程序的目的是為了對該IP進行FPGA測試以及配合設(shè)備端驅(qū)動程序的開發(fā)，該驅(qū)動程序能夠完成即插即用功能，塊傳輸，同步傳輸，控制傳輸以及對Flash的操作五項主要功能。 論文首先介紹了基于WDM的USB驅(qū)動程序設(shè)計原理，其中包括了從結(jié)構(gòu)到通信流對USB主機系統(tǒng)的介紹，編寫WDM驅(qū)動程序的基礎(chǔ)理論(主要介紹了數(shù)個相關(guān)的重要概念、驅(qū)動程序的基本組成)，以及在開發(fā)對Flash操作的例程會使用到的Mass Storage類協(xié)議的簡要介紹。在介紹設(shè)計原理后，論文從總體的系統(tǒng)應用環(huán)境和結(jié)構(gòu)薊數(shù)據(jù)傳輸、內(nèi)部模塊以及軟硬件體系結(jié)構(gòu)幾個方面簡要描述了該IP的系統(tǒng)設(shè)計。接著論文通過分析主機端驅(qū)動程序功能需求，提出了驅(qū)動程序的總體構(gòu)架以及分步式的設(shè)計流程，具體步驟是先實現(xiàn)驅(qū)動程序的正常加載以及基本PnP功能，然后實現(xiàn)塊傳輸、同步傳輸以及控制傳輸，最后完成對Flash操作例程的設(shè)計。隨后論文詳細闡述了對上述五項主要功能模塊的設(shè)計；其中對Flash操作例程的設(shè)計是難點，作者通過分析Bulk-Only協(xié)議和UFI命令規(guī)范，提出程序的詳細設(shè)計方案。論文最后簡要介紹了調(diào)試驅(qū)動程序的方法，以及驅(qū)動程序的測試內(nèi)容、部分測試結(jié)果以及測試結(jié)論。 本論文研究對象為基于ARM核的USB2.0-AHB接口IP主機端驅(qū)動程序，因為其研究主體是一個基于WDM的主機端驅(qū)動程序，因此有其普遍性；但是它以開發(fā)基于ARM核的USB2.0-AHB接口IP這個項目為依托，其目的是為項目服務，因此它有其特殊性。它是一項既有普遍性又有特殊性的研究。
上傳時間： 2013-05-19
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