FPGA開發全攻略(下冊) 如何克服 FPGA I/O 引腳分配挑戰 作者：Brian Jackson 產品營銷經理Xilinx, Inc. brian.jackson@xilinx.com 對于需要在 PCB 板上使用大規模 FPGA 器件的設計人員來說，I/O 引腳分配是必須面對的眾多挑戰之一。 由于眾多原因，許多設計人員發表為大型 FPGA 器件和高級 BGA 封裝確定 I/O 引腳配置或布局方案越來越困難。 但是組合運用多種智能 I/O 規劃工具，能夠使引腳分配過程變得更輕松。 在 PCB 上定義 FPGA 器件的 I/O 引腳布局是一項艱巨的設計挑戰，即可能幫助設計快速完成，也有可能造 成設計失敗。 在此過程中必須平衡 FPGA 和 PCB 兩方面的要求，同時還要并行完成兩者的設計。 如果僅僅針 對 PCB 或 FPGA 進行引腳布局優化，那么可能在另一方面引起設計問題。 為了解引腳分配所引起的后果，需要以可視化形式顯示出 PCB 布局和 FPGA 物理器件引腳，以及內部 FPGA I/O 點和相關資源。 不幸的是，到今天為止還沒有單個工具或方法能夠同時滿足所有這些協同設計需求。 然而，可以結合不同的技術和策略來優化引腳規劃流程并積極采用 Xilinx? PinAhead 技術等新協同設計工 具來發展出一套有效的引腳分配和布局方法。 賽靈思公司在 ISE? 軟件設計套件 10.1 版中包含了 PinAhead。 賽靈思公司開發了一種規則驅動的方法。首先根據 PCB 和 FPGA 設計要求定義一套初始引腳布局，這樣利 用與最終版本非常接近的引腳布局設計小組就可以盡可能早地開始各自的設計流程。 如果在設計流程的后期由 于 PCB 布線或內部 FPGA 性能問題而需要進行調整，在采用這一方法晨這些問題通常也已經局部化了，只需要 在 PCB 或 FPGA 設計中進行很小的設計修改。
標簽： FPGA開發全攻略
上傳時間： 2022-03-28
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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。
標簽： WCDMA FPGA 下行鏈路
上傳時間： 2013-08-05
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發展使得硬件實現圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內外的一個熱門領域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現了一個研究圖像處理算法的可重復配置的硬件模塊架構，架構包括PC機預處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負責具體算法的實現，根據不同的圖像處理算法可以獨立實現。架構為計算模塊實現了一個可添加、移出接口，不同的算法設計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構中來進行調試和運行。 在硬件架構的基礎上本文實現了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態學算子運算等經典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設計方法及優化策略，通過性能分析，FPGA實現圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結果的比較，發現FPGA的處理結果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環境下開發的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統有著積極的作用。
標簽： FPGA 圖像處理 算法研究
上傳時間： 2013-07-29
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一般由信源發出的數字基帶信號含有豐富的低頻分量，甚至直流分量，這些信號往往不宜直接用于傳輸，易產生碼間干擾進而直接影響傳輸的可靠性，因而要對其進行編碼以便傳輸。傳統的井下信號在傳輸過程中普遍采用曼徹斯特碼的編解碼方式，而該方式的地面解碼電路復雜。FPGA(現場可編程門陣列)作為一種新興的可編程邏輯器件，具有較高的集成度，能將編解碼電路集成在一片芯片上，而HDB3碼(三階高密度雙極性碼)具有解碼規則簡單，無直流，低頻成份少，可打破長連0和提取同步方便等優點。基于上述情況，本文提出了基于FPGA的}tDB3編譯碼設計方案。 該研究的總體設計方案包括用MATLAB進行HDB3編譯碼算法的驗證，基于FPGA的HDB3碼編譯碼設計與仿真，結果分析與比較三大部分。為了保證該設計的可靠性，首先是進行編譯碼的算法驗證；其次通過在FPGA的集成設計環境QuartusⅡ軟件中完成HDB3碼的編譯、綜合、仿真等步驟，通過下載電纜下載到特定的FPGA芯片上，用邏輯分析儀進行時序仿真；最后將算法驗證結果與仿真結果作一對比，分析該研究的可行性與可靠性。 研究表明，基于FPGA的HDB3編譯碼設計具有體積小，譯碼簡單，編程靈活，集成度高，可靠等優點。
標簽： FPGA HDB3 編譯碼
上傳時間： 2013-05-26
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地鐵信號設備中輸入輸出設備是信號邏輯和現場設備之間的接口，有著四高（高安全，高可靠，高可維護，高可用）要求，目前信號系統廠家的傳統做法是整個信號系統產品由一家公司來完成，可是隨著技算機技術的快速發展，邏輯部份目前已可以采用通用COTS產品，而輸入輸出部分還是需要各個信號廠家自己設計和生產，因此設計出一款通用型的輸入輸出控制器已成地鐵行業的發展方向。 為了滿足以上要求，本文從實際應用角度出發，使信號系統的產品更加的開放透明，設計出基于ARM的地鐵用安全型的智能I/O，從而使信號系統設計可以方便地和現場信號設備接口。 在硬件上采用冗余設計，以ARM為主處理器，整個系統無單點硬件故障，采集部分采用動態異或輸入設計，驅動部分采用安全驅動設計。 基于ARM的地鐵用安全智能I/O嚴格遵循歐洲鐵路信號產品的標準，使系統的安全性，可靠性，可用性和可維護性有了充分的保障。 本文主要介紹了地鐵用安全型智能I/O控制器的設計和實現，包括設計思想，具體實施，硬件和軟件的設計等。
標簽： ARM 地鐵 智能IO
上傳時間： 2013-06-12
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嵌入式圖像采集、處理與傳輸系統具有體積小、穩定性高等優點，在智能交通、電力、通訊、計算機視覺等領域應用廣泛。隨著DSP技術的發展，在DSP上用軟件實現實時視頻壓縮成為數字視頻壓縮標準應用的亮點，這種應用比起專門的壓縮芯片更具有靈活性和升級潛力。 本文主要研究一種基于DSP TMS320VC5402脫機視頻采集、壓縮編碼和視頻數據通信的方法和DSP外圍硬件系統設計。 在本設計中，圖像采集部分利用SAA7111視頻采集芯片完成視頻信號的精確采集；利用FPGA完成復雜且高速的邏輯控制及時序設計，完成DSP外擴RAM，Flash等高速硬件電路設計，同時完成DSP的地址譯碼電路，將采集的數字視頻信號存儲在DSP外擴存儲空間中；用FPGA基于N1OSⅡ來虛擬設計了I
標簽： 圖像采集 遠程傳輸
上傳時間： 2013-07-02
上傳用戶：亞亞娟娟123
全球定位系統(GPS)可以向全球用戶提供位置、速度和時間信息，在航空、航天、海上及陸地等諸多領域得到了廣泛的應用，成為一種主要的導航手段。隨著空間定位技術的不斷發展，空間定位系統必將出現多元化。本文結合計算機技術，以GPS定位系統為例，研究了衛星定位技術中的GPS星座模擬器。 本文綜述了衛星導航系統的歷史，現狀及發展的方向,介紹GPS模擬器的研究發展狀況。詳細研究了GPS衛星信號傳輸理論和GPS衛星定位原理。在此基礎上，提出GPS模擬器的理論模型和實現方法,研究了GPS星座模擬器的設計思路、組成模塊，分析各個模塊的設計原理。在理論研究和分析的基礎上，提出模擬器的FPGA的設計與實現,以FPGA為平臺，用verilog硬件語言實現了衛星信號的模擬，詳細研究了基帶模塊的實現方法,包括C/A碼產生模塊，導航電文合成模塊，碼轉換模塊。最后通過射頻模塊發出，完成衛星信號的模擬。在信號測試部分，用示波器，頻譜儀，MATLAB程序對模擬信號進行了驗證實驗。驗證結果表明，設計滿足要求，達到預想目標。
標簽： FPGA GPS 模擬
上傳時間： 2013-05-30
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上傳時間： 2013-04-24
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遺傳算法是基于自然選擇的一種魯棒性很強的解決問題方法。遺傳算法已經成功地應用于許多難優化問題，現已成為尋求滿意解的最佳工具之一。然而，較慢的運行速度也制約了其在一些實時性要求較高場合的應用。利用硬件實現遺傳算法能夠充分發揮硬件的并行性和流水線的特點，從而在很大程度上提高算法的運行速度。 本文對遺傳算法進行了理論介紹和分析，結合硬件自身的特點，選用了適合硬件化的遺傳算子，設計了標準遺傳算法硬件框架；為了進一步利用硬件自身的并行特性，同時提高算法的綜合性能，本文還對現有的一些遺傳算法的并行模型進行了研究，討論了其各自的優缺點及研究現狀，并在此基礎上提出一種適合硬件實現的粗粒度并行遺傳算法。 我們構建的基于FPGA構架的標準遺傳算法硬件框架，包括初始化群體、適應度計算、選擇、交叉、變異、群體存儲和控制等功能模塊。文中詳細分析了各模塊的功能和端口連接，并利用硬件描述語言編寫源代碼實現各模塊功能。經過功能仿真、綜合、布局布線、時序仿真和下載等一系列步驟，實現在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它嘗試解決一些函數的優化問題，給出了實驗結果。這些硬件模塊可以被進一步綜合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者調用。 最后，本文對硬件遺傳算法及其在函數優化中的一些尚待解決的問題進行了討論，并對本課題未來的研究進行了展望。
標簽： FPGA 算法 硬件 實現研究
上傳時間： 2013-07-22
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當前正處于第三代移動通信技術發展的關鍵時期，各種與3G相關的無線網絡終端的需求量與日俱增。為3G無線網絡終端選擇一個高性能的處理器，并且提供一套完整的系統解決方案，滿足3G時代人們對數據通信業務的需求，無疑是一個有意義且亟待解決的重要問題。 OMAP(Open Multimedia Applications Platform)是美國德州公司(TI)推出的專門為支持第三代(3G)無線終端應用而設計的應用處理器體系結構。OMAP處理器平臺堪稱無線技術發展的里程碑，它提供了語音、數據和多媒體所需的帶寬和功能，可以極低的功耗為高端3G無線設備提供極佳的性能。 本文的研究內容是開發基于OMAP5910處理器的具有多個擴展接口的嵌入式開發平臺，以及攝像頭顯示驅動程序，以便能為3G相關的無線網絡終端提供一個系統級的解決方案，本文首先介紹了OMAP技術的特點和優點，并對OMAP5910處理器的硬件結構進行了簡單說明，在此基礎上提出了基于OMAP5910嵌入式平臺的FPGA設計，包括用FPGA擴展的接口：觸摸屏接口，硬盤接口，以太網接口；控制的接口：USB口，串口；以及實現的功能：與OMAP5910處理器的通信功能，中斷控制功能，選擇啟動順序功能，復位延時功能。然后介紹了基于OMAP5910的攝像顯示系統的硬件設計，主要包括攝像頭接口和攝像頭模塊，EMIFS和EMIFF接口以及LCD接口。最后描述了嵌入式Linux操作系統下攝像頭驅動程序的完整實現過程。
標簽： FPGA 擴展 接口設計 攝像頭
上傳時間： 2013-05-24
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