現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的發(fā)展已經(jīng)有二十多年，從最初的1200門發(fā)展到了目前數(shù)百萬門至上千萬門的單片F(xiàn)PGA芯片。現(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地應(yīng)用于通信、消費類電子和車用電子類等領(lǐng)域，但國內(nèi)市場基本上是國外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時鐘分布質(zhì)量變的越來越重要，時鐘延遲和時鐘偏差已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內(nèi)的時鐘延遲，減小時鐘偏差，主要有利用延時鎖相環(huán)(DLL)和鎖相環(huán)(PLL)兩種方法，而其各自又分為數(shù)字設(shè)計和模擬設(shè)計。雖然用模擬的方法實現(xiàn)的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時間、設(shè)計難易程度以及可復(fù)用性等多方面考慮，我們更愿意采用數(shù)字的方法來實現(xiàn)。 本論文是以Xilinx公司VIRTEX-E系列FPGA為研究基礎(chǔ)，對全數(shù)字延時鎖相環(huán)(DLL)電路進行分析研究和設(shè)計，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模塊電路。 本文作者在一年多的時間里，從對電路整體功能分析、邏輯電路設(shè)計、晶體管級電路設(shè)計和仿真以及最后對設(shè)計好的電路仿真分析、電路的優(yōu)化等做了大量的工作，通過比較DLL與PLL、數(shù)字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數(shù)字DLL模塊電路組成結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計出了符合指標(biāo)要求的全數(shù)字DLL模塊電路，為開發(fā)自我知識產(chǎn)權(quán)的FPGA奠定了堅實的基礎(chǔ)。 本文先簡要介紹FPGA及其時鐘管理技術(shù)的發(fā)展，然后深入分析對比了DLL和PLL兩種時鐘管理方法的優(yōu)劣。接著詳細論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設(shè)計考慮，給出了全數(shù)字DLL整體架構(gòu)設(shè)計。最后對DLL整體電路進行整體仿真分析，驗證電路功能，得出應(yīng)用參數(shù)。在設(shè)計中，用Verilog-XL對部分電路進行數(shù)字仿真，Spectre對進行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設(shè)計采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫建模，設(shè)計出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動時間為28ps，在輸入100MHz時鐘時的功耗為200MW，達到了國外同類產(chǎn)品的相應(yīng)指標(biāo)。最后完成了輸出電路設(shè)計，可以實現(xiàn)時鐘占空比調(diào)節(jié)，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時鐘分頻等時鐘頻率合成功能。
上傳時間： 2013-06-10
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隨著現(xiàn)代DSP、FPGA等數(shù)字芯片的信號處理能力不斷提高，基于軟件無線電技術(shù)的現(xiàn)代通信與信息處理系統(tǒng)也得到了更為廣泛的應(yīng)用。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件系統(tǒng)作為其應(yīng)用平臺，把盡可能多的無線及個人通信和信號處理的功能用軟件來實現(xiàn)，從而將無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)逐步轉(zhuǎn)移到軟件上來。另一方面，現(xiàn)代信號處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理速度、處理精度和動態(tài)范圍的要求也越來越高，需要每秒完成幾千萬到幾百億次運算。因此研制具備高速實時信號處理能力的通用硬件平臺越來越受到業(yè)界的重視。 @@ 目前的高速實時信號處理系統(tǒng)一般均采用DSP+FPGA的架構(gòu)，其中DSP主要負責(zé)完成系統(tǒng)通信和基帶信號處理算法，而FPGA主要完成信號預(yù)處理等前端算法，并提供系統(tǒng)常用的各種外部接口邏輯。本文的主要工作就在于完成通用型高速實時信號處理系統(tǒng)的FPGA軟件設(shè)計。 @@ 本文提出了一種基于多DSP與FPGA的通用高速實時信號處理系統(tǒng)的架構(gòu)。綜合考慮各方面因素，作者選擇使用兩片ADSP-TS201浮點DSP以混合耦合模型構(gòu)成系統(tǒng)信號處理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA VIRTEX-5系列的XC5VLX50T提供系統(tǒng)所需的各種接口，包括與ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外設(shè)接口。此外，作者還選擇了ADSP-BF533定點DSP加入系統(tǒng)當(dāng)中以擴展系統(tǒng)音視頻信號處理能力，體現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計正逐漸成為現(xiàn)代FPGA應(yīng)用的一個熱點。結(jié)合課題需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze軟核處理器為核心在VIRTEX-5片內(nèi)設(shè)計了一個嵌入式系統(tǒng)，完成了對CF卡、DDR2 SDRAM存儲器的讀寫控制，并利用片內(nèi)集成的三態(tài)以太網(wǎng)MAC硬核模塊，實現(xiàn)了系統(tǒng)與上位PC機之間的以太網(wǎng)通信鏈路。此外，為擴展系統(tǒng)功能，適應(yīng)未來可能的軟件升級，進一步提高系統(tǒng)的通用性，還將嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II移植到MicroBlaze處理器上。 @@ 最后，作者介紹了基于Xilinx RocketIO GTP收發(fā)器的高速串行傳輸設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)和基本的設(shè)計方法，充分體現(xiàn)了目前高速實時信號處理系統(tǒng)的發(fā)展要求和趨勢。 @@關(guān)鍵詞：高速實時信號處理；FPGA；VIRTEX-5；嵌入式系統(tǒng)；MicroBlaze
標(biāo)簽： FPGA 實時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-17
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現(xiàn)代社會信息量爆炸式增長，由于網(wǎng)絡(luò)、多媒體等新技術(shù)的發(fā)展，用戶對帶寬和速度的需求快速增加。并行傳輸技術(shù)由于時鐘抖動和偏移，以及PCB布線的困難，使得傳輸速率的進一步提升面臨設(shè)計的極限；而高速串行通信技術(shù)憑借其帶寬大、抗干擾性強和接口簡單等優(yōu)勢，正迅速取代傳統(tǒng)的并行技術(shù)，成為業(yè)界的主流。 本論文針對目前比較流行并且有很大發(fā)展?jié)摿Φ膬煞N高速串行接口電路——高速鏈路口和Rocket I/O進行研究，并以Xilinx公司最新款的VIRTEX-5 FPGA為研究平臺進行仿真設(shè)計。本論文的主要工作是以某低成本相控陣?yán)走_信號處理機為設(shè)計平臺，在其中的一塊信號處理板上，進行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技術(shù)的高速LinkPort(鏈路口)設(shè)計和基于CML(Current ModeLogic)技術(shù)的Rocket I/O高速串行接口設(shè)計。首先在FPGA的軟件中進行程序設(shè)計和功能、時序的仿真，當(dāng)仿真驗證通過之后，重點是在硬件平臺上進行調(diào)試。硬件調(diào)試驗證的方法是將DSP TS201的鏈路口功能與在FPGA中的模擬高速鏈路口相連接，進行數(shù)據(jù)的互相傳送，接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了高速鏈路口設(shè)計的正確性。并且在硬件調(diào)試時對Rocket IO GTP收發(fā)器進行回環(huán)設(shè)計，經(jīng)過回環(huán)之后接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了Rocket I/O高速串行接口設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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本文對基于FPGA的對象存儲控制器原型的硬件設(shè)計進行了研究。主要內(nèi)容如下： ⑴研究了對象存儲控制器的硬件設(shè)計，使其高效完成對象級接口的智能化管理和復(fù)雜存儲協(xié)議的解析，對對象存儲系統(tǒng)整體性能提升有重要意義。基于SoPC(片上可編程系統(tǒng))技術(shù)，在FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)上實現(xiàn)的對象存儲控制器，具有功能配置靈活，調(diào)試方便，成本較低等優(yōu)點。 ⑵采用Cyclone II器件實現(xiàn)的對象存儲控制器的網(wǎng)絡(luò)接口，包含處理器模塊、內(nèi)存模塊、Flash模塊等核心組成部分，提供千兆以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)正常運行。在設(shè)計實現(xiàn)PCB(印制電路板)時，從疊層設(shè)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(yīng)的調(diào)試策略，并完成了部分模塊的調(diào)試工作。 ⑶提出了基于VIRTEX-4的對象存儲控制器系統(tǒng)設(shè)計方案，VIRTEX-4內(nèi)嵌PowerPC高性能處理器，可更好地完成對象存儲設(shè)備相關(guān)的控制和管理工作。實現(xiàn)了豐富的接口設(shè)計，包括千兆以太網(wǎng)、光纖通道、SATA(串行高級技術(shù)附件)等網(wǎng)絡(luò)存儲接口以及較PCI性能更優(yōu)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(tǒng)硬件的原理圖繪制，通過了設(shè)計規(guī)則檢查，生成了網(wǎng)表用作下一步設(shè)計工作的交付文件。
上傳時間： 2013-04-24
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通用異步收發(fā)器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是廣泛使用的串行傳輸協(xié)議。串行外設(shè)用到異步串行接口一般采用專用集成電路實現(xiàn)。但是這類芯片一般包含許多輔助模塊，而時常不需要使用完整的UART的功能和輔助功能，或者當(dāng)在FPGA上設(shè)計時，需要將UART功能集成到FPGA內(nèi)部而不能使用芯片。藍牙主機控制器接口則是實現(xiàn)主機設(shè)備與藍牙模塊之間互操作的控制部件。當(dāng)在使用藍牙設(shè)備的時候尤其是在監(jiān)控場所，接口控制器在控制數(shù)據(jù)與計算機的傳輸上就起了至關(guān)重要的作用。 論文針對信息技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)過程中的實際需要，設(shè)計了一個藍牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模塊。使用VHDL將其核心功能集成，既可以單獨使用，也可集成到系統(tǒng)芯片中，并且整個設(shè)計緊湊、穩(wěn)定且可靠，其用途廣泛，具有一定的使用價值。 本設(shè)計采用TOP-DOWN設(shè)計方法，整體上分為UART接口和藍牙主機控制器接口兩部分。首先根據(jù)UART和藍牙主機控制器接口的實現(xiàn)原理和設(shè)計指標(biāo)要求進行系統(tǒng)設(shè)計，對系統(tǒng)劃分模塊以及各個模塊的信號連接；然后進行模塊設(shè)計，設(shè)計出每個模塊的功能，并用VHDL語言編寫代碼來實現(xiàn)模塊功能；再使用ISE8.2I自帶的仿真器對各模塊進行功能仿真和時序仿真；最后進行硬件驗證，在VIRTEX-II開發(fā)板上對系統(tǒng)進行功能驗證。實現(xiàn)了發(fā)送、接收和波特率發(fā)生等功能，驗證了結(jié)果，表明設(shè)計正確，功能良好，符合設(shè)計要求。
上傳時間： 2013-07-13
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人臉識別技術(shù)繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術(shù)之后，以其獨特的方便、經(jīng)濟及準(zhǔn)確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計成為電子自動化設(shè)計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過訓(xùn)練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的VIRTEX II Pro開發(fā)板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準(zhǔn)確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設(shè)計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的VIRTEX II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進行細致的劃分，實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標(biāo)簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-07-01
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本文研究的視頻處理系統(tǒng)是上海市科委技術(shù)攻關(guān)基金項目“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”的一部分，主要完成計算機視覺系統(tǒng)的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預(yù)處理和顯示等。 視頻圖像采集和預(yù)處理系統(tǒng)以Xilinx公司VIRTEX-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結(jié)合視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預(yù)處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構(gòu)成計算機視覺系統(tǒng)必不可少的一部分；圖像預(yù)處理則是計算機視覺系統(tǒng)進行高層處理的基礎(chǔ)，優(yōu)秀的預(yù)處理算法能有效改善圖像質(zhì)量，提高系統(tǒng)分析判斷的準(zhǔn)確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預(yù)處理系統(tǒng)整體架構(gòu)的基礎(chǔ)上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設(shè)計方案用于實現(xiàn)YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉(zhuǎn)換； 2.針對采集的視頻圖像，根據(jù)VGA顯示的要求，給出了一種實現(xiàn)圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預(yù)處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應(yīng)濾波等，在比較和總結(jié)各算法特點的基礎(chǔ)上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應(yīng)濾波法； 4.根據(jù)算法特點設(shè)計了多種采用FPGA實現(xiàn)的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結(jié)果，在此基礎(chǔ)上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預(yù)處理算法的實現(xiàn)充分利用了FPGA的片內(nèi)資源，體現(xiàn)了FPGA在圖像處理方面的特點及優(yōu)勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現(xiàn)，從而簡化了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。視頻采集和預(yù)處理系統(tǒng)在FPGA上的成功實現(xiàn)為“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”奠定了必要的基礎(chǔ)、提供了一定理論依據(jù)。
上傳時間： 2013-07-26
上傳用戶：alia
本文主要研究了認知無線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實現(xiàn)方法。首先，提出了認知無線電頻譜感知功能的硬件實現(xiàn)框圖，包括射頻前端部分和數(shù)字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點介紹了數(shù)字信號處理部分的FPGA實現(xiàn)與驗證過程。 數(shù)字處理部分主要實現(xiàn)寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻，然后對每個信道進行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關(guān)系。整個系統(tǒng)主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點開關(guān)式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區(qū)、256點流水線FFT模塊等。 本設(shè)計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設(shè)計，基于Xilinx公司的VIRTEX-4XC4VSX35芯片。整個系統(tǒng)采用全同步設(shè)計，可穩(wěn)定工作于200MHz，其分析帶寬高達65MHz，具有很高的使用價值。
上傳時間： 2013-07-09
上傳用戶：liuchee
密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應(yīng)用，而且往往需要系統(tǒng)進行實時運算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運算速度快并且可以并行運算，和其它矩陣運算的實現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。本文主要設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運算模塊。 本文首先介紹了矩陣運算的特點和原理，接著討論了FPGA浮點運算單元的VHDL設(shè)計方法，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊，給出矩陣階數(shù)擴大時各種矩陣運算的分塊實現(xiàn)方法。然后在ModelSim環(huán)境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結(jié)果比較，分析了運算精度、時間復(fù)雜度和資源占用情況，在VIRTEX-4系列FPGA硬件平臺上進行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結(jié)果送入PC機，驗證了基于FPGA矩陣運算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達信號中的應(yīng)用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-06-08
上傳用戶：小楓殘月
近年來，隨著多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子、計算機、通訊和娛樂之間的相互融合、滲透越來越多，而數(shù)字音頻技術(shù)則是應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)編解碼算法作為數(shù)字音頻的解決方案，在便攜式多媒體產(chǎn)品中得到了廣泛流行。 在已有的便攜式MP3系統(tǒng)實現(xiàn)方案中，低速處理器與專用硬件結(jié)合的SOC設(shè)計方案結(jié)合了硬件實現(xiàn)方式和軟件實現(xiàn)方式的優(yōu)點，具有成本低、升級容易、功能豐富等特點。IMDCT(反向改進離散余弦變換)是編解碼算法中一個運算量大調(diào)用頻率高的運算步驟，因此適于硬件實現(xiàn)，以降低處理器的開銷和功耗，來提高整個系統(tǒng)的性能。 本文首先闡述了MP3音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)和流程，以及IMDCT常用的各種實現(xiàn)算法。在此基礎(chǔ)上選擇了適于硬件實現(xiàn)的遞歸循環(huán)實現(xiàn)方法，并在已有算法的基礎(chǔ)上進行了改進，減小了所需硬件資源需求并保持了運算速度。接著提出了模塊總體設(shè)計方案，結(jié)合算法進行了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并在EDA環(huán)境下具體實現(xiàn)，用硬件描述語言設(shè)計、綜合、仿真，且下載到Xilinx公司的VIRTEXⅡ系列xc2v1000FPGA器件中，在減小硬件資源的同時快速地實現(xiàn)了IMDCT，經(jīng)驗證功能正確。
上傳時間： 2013-05-31
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