隨著各種通信系統(tǒng)數(shù)量的日益增多，為了充分地利用有限的頻譜資源，高頻譜利用率的調(diào)制技術(shù)不斷被應(yīng)用。偏移正交相移鍵控(OQPSK: Offset QuadraturePhase Shift Keying)是一種恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，具有較高的頻譜利用率和功率利用率，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地面移動通信系統(tǒng)。因此，對于OQPSK全數(shù)字解調(diào)技術(shù)的研究具有一定的理論價值。 本文以軟件無線電和全數(shù)字解調(diào)的相關(guān)理論為指導(dǎo)，成功設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的OQPSK全數(shù)字解調(diào)。論文介紹了OQPSK全數(shù)字接收解調(diào)原理和基于軟件無線電設(shè)計思想的全數(shù)字接收機的基本結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡述了當(dāng)今OQPSK數(shù)字解調(diào)中載波頻率同步、載波相位同步、時鐘同步和數(shù)據(jù)幀同步的一些常用算法，并選擇了相應(yīng)算法構(gòu)建了三種系統(tǒng)級的實現(xiàn)方案。通過MATLAB對解調(diào)方案的仿真和性能分析，確定了FPGA中的系統(tǒng)實現(xiàn)方案。在此基礎(chǔ)上，本文采用VerilogHDL硬件描述語言在Altera公司的Quartus II開發(fā)平臺上設(shè)計了同步解調(diào)系統(tǒng)中的各個模塊，還對各模塊和整個系統(tǒng)在ModelSim中進行了時序仿真驗證，并對設(shè)計中出現(xiàn)的問題進行了修正。最后，經(jīng)過FPGA調(diào)試工具嵌入式邏輯分析儀SignalTapⅡ的硬件實際測試，本文對系統(tǒng)方案進行了最終的改進與調(diào)整。 實際測試結(jié)果表明，本文的設(shè)計最終能夠達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo)和要求。本課題設(shè)計經(jīng)過時序和資源優(yōu)化后還可以向ASIC和系統(tǒng)級SOC轉(zhuǎn)化，以進一步縮小系統(tǒng)體積、降低成本和提高電路的可靠性，因此具有良好的實際應(yīng)用價值。
標(biāo)簽： OQPSK FPGA 全數(shù)字 解調(diào)
上傳時間： 2013-07-14
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本文主要研究了認(rèn)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(rèn)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(dá)65MHz，具有很高的使用價值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能 頻譜
上傳時間： 2013-06-13
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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： 2013-04-24
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隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，計算機的性能得到了極大的提高，使得利用計算機實現(xiàn)人類的視覺功能成為目前計算機領(lǐng)域中最熱門的課題之一。基于視頻的目標(biāo)檢測與跟蹤技術(shù)是計算機視覺領(lǐng)域中最主要的研究方向之一，它是智能監(jiān)控、人機交互、移動機器人視覺導(dǎo)航、工業(yè)機器人手眼系統(tǒng)等應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。在科學(xué)研究和工程應(yīng)用上都有十分誘人的前景。 論文提出了以FPGA為核心的思想，設(shè)計出一套應(yīng)用于背景靜止視頻序列的動態(tài)目標(biāo)檢測與跟蹤系統(tǒng)。通過位置固定的攝像頭監(jiān)控某一區(qū)域，分析攝像頭采集到的動態(tài)視頻序列，計算出目標(biāo)的運動參數(shù)。與傳統(tǒng)的基于PC機的視頻動態(tài)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)相比，適應(yīng)了目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)對圖像處理速度的實時性與數(shù)據(jù)帶寬越來越高的要求，同時成本較低、設(shè)計更靈活，而且硬件重構(gòu)性好、處理速度快、系統(tǒng)易于升級。 論文的主要工作包括：構(gòu)建目運動標(biāo)跟蹤系統(tǒng)軟件平臺和硬件平臺。應(yīng)用MATLAB對目標(biāo)檢測算法進行仿真分析比較。采用Synplifty Pro、ModelSim和TimingDesigner等各種EDA軟件工具對系統(tǒng)中各個層次的模塊進行時序設(shè)計、代碼編寫、仿真驗證等。最后使用QuartusⅡ?qū)⒄麄€系統(tǒng)工程文件綜合、布局布線。在察看時序報告無誤后，將系統(tǒng)配置文件下載至FPGA開發(fā)板中。 實現(xiàn)結(jié)果表明：所設(shè)計的系統(tǒng)能很好地工作在FPGA中，實現(xiàn)了設(shè)計要求，為視覺智能監(jiān)控打下基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： FPGA 目標(biāo)跟蹤 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-08-05
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遺傳算法是一種基于自然選擇原理的優(yōu)化算法，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是，遺傳算法使用計算機軟件實現(xiàn)時，會隨著問題復(fù)雜度和求解精度要求的提高，產(chǎn)生很大的計算延時，這種計算的延時限制了遺傳算法在很多實時性要求較高場合的應(yīng)用。為了提升運行速度，可以使用FPGA作為硬件平臺，設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)完成遺傳算法。和軟件實現(xiàn)相比，硬件實現(xiàn)盡管在實時性和并行性方面具有很大優(yōu)勢，但同時會導(dǎo)致系統(tǒng)的靈活性不足、通用性不強。本文針對上述矛盾，使用基于功能的模塊化思想，將基于FPGA的遺傳算法硬件平臺劃分成兩類模塊：系統(tǒng)功能模塊和算子功能模塊。針對不同問題，可以在保持系統(tǒng)功能模塊不變的前提下，選擇不同的遺傳算子功能模塊完成所需要的優(yōu)化運算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平臺，使用VerilogHDL語言實現(xiàn)了偽隨機數(shù)發(fā)生模塊、隨機數(shù)接口模塊、存儲器接口/控制模塊和系統(tǒng)控制模塊等系統(tǒng)功能模塊，以及基本位交叉算子模塊、PMX交叉算子模塊、基本位變異算子模塊、交換變異算子模塊和逆轉(zhuǎn)變異算子模塊等遺傳算法功能模塊，構(gòu)建了系統(tǒng)功能構(gòu)架和遺傳算子庫。該設(shè)計方法不僅使遺傳算法平臺在解決問題時具有更高的靈活性和通用性，而且維持了系統(tǒng)架構(gòu)的穩(wěn)定。本文設(shè)計了多峰值、不連續(xù)、不可導(dǎo)函數(shù)的極值問題和16座城市的旅行商問題 (TSP)對遺傳算法硬件平臺進行了測試。根據(jù)測試結(jié)果，該硬件平臺表現(xiàn)良好，所求取的最優(yōu)解誤差均在1％以內(nèi)。相對于軟件實現(xiàn)，該系統(tǒng)在求解一些復(fù)雜問題時，速度可以提高2個數(shù)量級。最后，本文使用FPGA實現(xiàn)了粗粒度并行遺傳算法模型，并用于 TSP問題的求解。將硬件平臺的運行速度在上述基礎(chǔ)上提高了近1倍，取得了顯著的效果。關(guān)鍵詞：遺傳算法，硬件實現(xiàn)，并行設(shè)計，F(xiàn)PGA，TSP
標(biāo)簽： FPGA 算法 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-15
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AVS音頻編碼中長短窗的Matlab仿真及FPGA實現(xiàn)
上傳時間： 2013-04-24
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自上個世紀(jì)九十年代以來，我國著名學(xué)者、現(xiàn)中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)陳難先教授等人使用無窮級數(shù)的Mobius反演公式解決了一系列重要的物理學(xué)中的逆問題，開創(chuàng)了應(yīng)用、推廣數(shù)論中的Mobius變換解決物理學(xué)中各種逆問題的巧妙方法，其工作在1990年當(dāng)時就得到了世界著名的《NATURE》雜志的高度評價。 華僑大學(xué)蘇武潯教授等則把Mobius變換的方法應(yīng)用于幾種常用波形(包括周期矩形脈沖，奇偶對稱方波和三角波等)的傅立葉級數(shù)的逆變換運算，得到正、余弦函數(shù)及一般周期信號的各種常用波形的信號展開；并求得了與各種常用波形信號函數(shù)族相正交的函數(shù)族，以用于各展開系數(shù)的計算與信息的解調(diào)；而后把它們應(yīng)用到通信系統(tǒng)中，提出了一種新的通信系統(tǒng)，即新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)。 本文主要完成了兩個方面的工作,Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的FPGA硬件設(shè)計實現(xiàn)和基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信系統(tǒng)的實現(xiàn)。首先，利用嵌入MATLAB\SIMULINK中的DSPBuilder軟件對Chen-Mobius多路(四路和八路)通信系統(tǒng)進行仿真分析，對該系統(tǒng)在不同信噪比情況下的錯誤概率進行了計算，并繪出了信噪比-錯誤概率曲線；其次，利用DSPBuilder中的Signalcompiler將Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的主體模塊(函數(shù)及積分器的產(chǎn)生等)轉(zhuǎn)化成HDL硬件語言，后在QuartusⅡ軟件平臺上，結(jié)合利用VHDL編程的硬件程序模塊(分頻、延時、控制模塊等)構(gòu)架完整的Chen-Mobius通信系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)設(shè)計綜合、引腳分配、仿真驗證、時序分析等；最后，在Altera公司的Stratix 芯片上，實現(xiàn)硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius多路通信系統(tǒng)的FPGA硬件實現(xiàn)。 另外，利用Chen-Mobius單路通信系統(tǒng)的調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)分別對語音信號進行加密與解密，在兩塊DE2的FPGA開發(fā)板上成功實現(xiàn)了基于Chen-Mobius變換的語音加密雙工通信。完成本設(shè)計意義重大，它為今后Chen-Mobius通信系統(tǒng)應(yīng)用于通信領(lǐng)域的各個方面，邁開堅實的一步。
標(biāo)簽： ChenMobius FPGA 通信系統(tǒng) 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-07-24
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FPGA布局算法和軟件位于工藝映射和布線之間，是一個承上啟下的階段，對最終的布通率和時序都有著重要的影響。 本論文的工作之一便是研究旨在提高布通率的布局算法。在研究了國內(nèi)外裝箱和布局算法的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的結(jié)合了裝箱的布局算法框架，并稱之為"低溫交替改善的"布局算法。其基本思想是，在模擬退火的低溫階段交替的優(yōu)化裝箱和布局。本文給了基于學(xué)術(shù)界標(biāo)準(zhǔn)布局布線軟件VPR的一個軟件實現(xiàn)，并且提出了低溫的判定條件以及一種新的選擇待交換邏輯單元的方法。采用三種不同的裝箱算法作為布局輸入，基于VPR的低溫交替改善的布局算法實現(xiàn)，在布通率上，比VPR分別提高了21.3％、15.5％、10.7％。而帶來的平均額外時間開銷不到20％。 FPGA布局軟件實現(xiàn)對整個FPGA CAD流程的運行效率，算法的可擴展性也有著不可忽視的影響。現(xiàn)代FPGA有著多樣而復(fù)雜的邏輯和布線資源。而學(xué)術(shù)界的布局軟件'VPR所面向的FPGA卻只能處理十分簡單的FPGA結(jié)構(gòu)，對于宏、總線、多時鐘等實際應(yīng)用中很重要的部分都沒有考慮。本文提出了"邏輯單元層"的概念，用具有特定幾何結(jié)構(gòu)的邏輯單元層來統(tǒng)一處理多種類型的邏輯資源。針對相對位置約束在現(xiàn)代FPGA布局軟件中的重要地位，我們提出了一種處理相對位置約束的方法。這些討論均已經(jīng)在面向Xilinx SpartanⅡ芯片布局的原型系統(tǒng)中得到了實現(xiàn)，初步證實了這些方法的可擴展性和實用性。
標(biāo)簽： FPGA 布局 算法研究 軟件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-21
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隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，數(shù)字集成電路被廣泛應(yīng)用。通用串行總線USB(Universal Serial Bus)是計算機與外圍設(shè)備互連的標(biāo)準(zhǔn)接口之一，是一種點對點的通信接口，可同時支持多個外圍設(shè)備。USB2.0規(guī)范的通信速率非常高，其峰值可達(dá)480Mbit/s，使得它已經(jīng)成為目前最流行的外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。FPGA芯片是今后電子產(chǎn)品發(fā)展的趨勢，帶有USB接口的FPGA系統(tǒng)將有很好的市場需求和發(fā)展前景。 論文主要從研究FPGA的結(jié)構(gòu)、Xilinx公司Spartan3F系列中的XC3S400的引腳功能、了解FPGA開發(fā)流程、熟悉USB2.0的通信協(xié)議以及驅(qū)動的一些基本知識入手，目的是完成帶有USB接口的FPGA的PCB板的制作和FPGA內(nèi)部程序的編寫以及USB固件的開發(fā)。結(jié)合了Cypress公司的上位機，開發(fā)了基于USB接口的FPGA和PC機通信系統(tǒng)，能夠進行數(shù)據(jù)傳輸。論文研究了Xilinx的3S400芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個引腳的功能，設(shè)計了關(guān)于Xilinx的3S400最小系統(tǒng)電路圖，在Xilinx的FPGA的開發(fā)環(huán)境，編寫了FPGA的代碼。由于FPGA內(nèi)嵌的USB2.0的內(nèi)核價格昂貴，需要向生產(chǎn)FPGA的芯片廠商購買，因此論文選擇了外接USB芯片，雖然增加了PCB板的面積，但其開發(fā)成本較低，且技術(shù)成熟，大多數(shù)USB通信研究者進行廣泛研究。論文在詳細(xì)介紹了USB2.0的通信協(xié)議，Cypress公司生產(chǎn)的CY7C68013芯片的結(jié)構(gòu)，以及其固件的開發(fā)基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于FPGA的USB與PC機的通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)可以和上位機進行點對點的數(shù)據(jù)傳輸，為大批量的數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品的開發(fā)提供了研究和生產(chǎn)的基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： FPGA USB 通信系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-26
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生物醫(yī)學(xué)信號是源于一個生物系統(tǒng)的一類信號，像心音、腦電、生物序列和基因以及神經(jīng)活動等，這些信號通常含有與生物系統(tǒng)生理和結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)的信息，它們對這些系統(tǒng)狀態(tài)的研究和診斷具有很大的價值。信號拾取、采集和處理的正確與否直接影響到生物醫(yī)學(xué)研究的準(zhǔn)確性，如何有效地從強噪聲背景中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信號是信號處理技術(shù)的重要問題。 設(shè)計自適應(yīng)濾波器對帶有工頻干擾的生物醫(yī)學(xué)信號進行濾波，從而消除工頻干擾，獲得最佳的濾波效果是本研究要解決的問題。生物醫(yī)學(xué)信號具有信號弱、噪聲強、頻率范圍較低、隨機性強等特點。由于心電(electrocardiogram，ECG)信號的確定性、穩(wěn)定性、規(guī)則性都比其他生物信號高，便于準(zhǔn)確評估和檢測濾波效果，本研究采用ECG信號作為原始的模板信號。 本研究將新的電子芯片技術(shù)與現(xiàn)代信號處理技術(shù)相結(jié)合，從過去單一的軟件算法研究，轉(zhuǎn)向軟件與硬件結(jié)合，從而提高自適應(yīng)速度和精度，而且可以使系統(tǒng)的開發(fā)周期縮短、成本降低、容易升級和變更。 采用現(xiàn)場可編程邏輯器件(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)作為新的ECG快速提取算法的硬件載體，加快信號處理的速度。為了將ECG快速提取算法轉(zhuǎn)換為常用的適合于FPGA芯片的定點數(shù)算法，研究中詳細(xì)分析了定點數(shù)的量化效應(yīng)對自適應(yīng)噪聲消除器的影響，以及對浮點數(shù)算法和定點數(shù)算法的復(fù)合自適應(yīng)濾波器的各種參數(shù)的選擇，如步長因子和字長選擇。研究中以定點數(shù)算法中的步長因子和字長選擇，作為FPGA設(shè)計的基礎(chǔ)，利用串并結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自適應(yīng)濾波器，并得到了預(yù)期的效果，準(zhǔn)確提取改善后的ECG信號。 研究中，在MATLAB(Matrix Laboratry)軟件的環(huán)境下模擬，選取帶有50Hz工頻干擾的不同信噪比的ECG原始信號，在浮點數(shù)情況下，原始信號通過采用最小均方LMS(LeastMean Squares)算法的浮點數(shù)自適應(yīng)濾波器后，根據(jù)信噪比的改善和收斂速度，確定不同的最佳μ值，并在定點數(shù)情況下，在最佳μ值的情況下，原始信號通過采用LMs算法的定點數(shù)自適應(yīng)濾波器后，根據(jù)信噪比的改善效果和采用硬件的經(jīng)濟性，確定最佳的定點數(shù)。并了解LMS算法中步長因子、定點數(shù)字長值對信號信噪比、收斂速度和硬件經(jīng)濟性的影響。從而得出針對含有工頻干擾的不同信噪比的原始ECG，應(yīng)該采用什么樣的μ值和什么樣的定點數(shù)才能對原始ECG的改善和以后的硬件實現(xiàn)取得最佳的效果，并根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)和結(jié)果，在FPGA上實現(xiàn)自適應(yīng)濾波器，使自適應(yīng)濾波器能對帶有工頻干擾的ECG原始信號有最佳的濾波效果。
上傳時間： 2013-04-24
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