隨著信息技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)級(jí)芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發(fā)展的主流。SoC技術(shù)以其成本低、功耗小、集成度高的優(yōu)勢(shì)正廣泛地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。通過對(duì)8位增強(qiáng)型CPU內(nèi)核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實(shí)現(xiàn)，對(duì)SoC設(shè)計(jì)作了初步研究。 在對(duì)Intel MCS-8051的匯編指令集進(jìn)行了深入地分析的基礎(chǔ)上，按照至頂向下的模塊化的高層次設(shè)計(jì)流程，對(duì)8位CPU進(jìn)行了頂層功能和結(jié)構(gòu)的定義與劃分，并逐步細(xì)化了各個(gè)層次的模塊設(shè)計(jì)，建立了具有CPU及定時(shí)器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數(shù)據(jù)通路的設(shè)計(jì)規(guī)劃。利用有限狀態(tài)機(jī)及微程序的思想完成了控制通路的各個(gè)層次模塊的設(shè)計(jì)規(guī)劃。利用組合電路與時(shí)序電路相結(jié)合的思想完成了定時(shí)器，中斷以及串行接口的規(guī)劃。采用邊沿觸發(fā)使得一個(gè)機(jī)器周期對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)鐘周期，執(zhí)行效率提高。使用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。借助EDA工具ISE集成開發(fā)環(huán)境完成了各個(gè)模塊的編程、調(diào)試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對(duì)其進(jìn)行了完整的功能仿真和時(shí)序仿真。 設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的擴(kuò)展接口控制器對(duì)原有的8位處理器進(jìn)行擴(kuò)展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強(qiáng)了8位處理器的功能，可以用于現(xiàn)有單片機(jī)進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展。 本設(shè)計(jì)的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時(shí)鐘頻率和指令的執(zhí)行效率指標(biāo)上均優(yōu)于傳統(tǒng)的MCS-51內(nèi)核。本設(shè)計(jì)以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結(jié)合開發(fā)出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴(kuò)展使用，易于升級(jí)，比較有實(shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)通過FPGA驗(yàn)證。
標(biāo)簽： FPGA CPU 8位 增強(qiáng)型
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著SOC技術(shù)、IP技術(shù)以及集成電路技術(shù)的發(fā)展，RISC軟核處理器的研究與開發(fā)設(shè)計(jì)開始受到了人們的重視?；贔PGA的RISC軟核處理器在各個(gè)行業(yè)開始得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在一些基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應(yīng)用前景。 該論文在研究了大量國內(nèi)外技術(shù)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了RISC處理器發(fā)展的現(xiàn)狀與水平。認(rèn)真分析了RISC處理器的基本結(jié)構(gòu)，包括總線結(jié)構(gòu)，流水線處理的原理，以及流水線數(shù)據(jù)通路和流水線控制的原理；并詳細(xì)分析了該設(shè)計(jì)采用的指令集——MIPS指令集的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)出了一個(gè)32位RISC軟核處理器，這個(gè)軟核處理器采用五級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，能完成加法、減法、邏輯與、邏輯或、左移右移等算術(shù)邏輯操作，以及它們的組合操作。通過軟件仿真和在Altera的FPGA開發(fā)板上進(jìn)行驗(yàn)證，證明了所設(shè)計(jì)的32位RISC處理器能準(zhǔn)確的執(zhí)行所選用的MIPS指令集，運(yùn)行速度能達(dá)到30MHz，功能良好。 通過對(duì)所設(shè)計(jì)對(duì)象特點(diǎn)及其可行性的研究，選用了Altera公司QuartusⅡ軟件作為設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證的環(huán)境。在設(shè)計(jì)方法上，該課題采用了自頂向下的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過程中采用了邊設(shè)計(jì)邊驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)與驗(yàn)證相結(jié)合的設(shè)計(jì)流程，大大提高了設(shè)計(jì)的可靠性。該課題在設(shè)計(jì)過程中還提出了兩個(gè)有效的設(shè)計(jì)思路：第一是在32位寄存器的設(shè)計(jì)中利用FPGA的內(nèi)部RAM資源來設(shè)計(jì)，減少了傳輸延時(shí)，提高了運(yùn)行速度，并大大減少了對(duì)FPGA內(nèi)部資源的占用；第二是在系統(tǒng)架構(gòu)上采用了柔性化的設(shè)計(jì)方法，使得設(shè)計(jì)可以根據(jù)實(shí)際的需求適當(dāng)?shù)脑鰷p相應(yīng)的部件，以達(dá)到需求與性能的統(tǒng)一。這兩個(gè)方法都有效地解決了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，提高了處理器的性能。
標(biāo)簽： FPGA RISC 處理器
上傳時(shí)間： 2013-07-21
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當(dāng)前，片上系統(tǒng)(SOC)已成為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主流技術(shù)。流片風(fēng)險(xiǎn)與費(fèi)用增加、上市時(shí)間壓力加大、產(chǎn)品功能愈加復(fù)雜等因素使得SOC產(chǎn)業(yè)逐漸劃分為IP提供者、SOC設(shè)計(jì)服務(wù)者和芯片集成者三個(gè)層次。SOC設(shè)計(jì)已走向基于IP集成的平臺(tái)設(shè)計(jì)階段，經(jīng)過嚴(yán)格驗(yàn)證質(zhì)量可靠的IP核成為SOC產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)。 GPIB控制器芯片是組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心，在測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本人通過查閱大量的技術(shù)資料，分析了集成電路在國內(nèi)外發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，提出了基于FPGA的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GPIB控制器IP核的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對(duì)FPGA開發(fā)所具備的基本知識(shí)作了簡要介紹。文中對(duì)GPIB總線進(jìn)行了簡單的描述，根據(jù)芯片設(shè)計(jì)的主要思想，重點(diǎn)在于論述怎樣用FPGA來實(shí)現(xiàn)IEEE-488.2協(xié)議，并詳細(xì)闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態(tài)機(jī)的IP核實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)通路也進(jìn)行了較為細(xì)致的說明。在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用基于模塊化設(shè)計(jì)思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號(hào)采取類似畫電路圖的方法完成整個(gè)系統(tǒng)芯片的lP軟核設(shè)計(jì)，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想，借助EDA工具對(duì)GPIB控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行了軟件仿真，給出仿真結(jié)果，仿真波形驗(yàn)證了GPIB控制器的工作符合預(yù)想。最后，本文對(duì)基于FPGA的GPIB控制器的IP核設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了總結(jié)，展望了當(dāng)前GPIB控制器設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，指出了開展進(jìn)一步研究需要做的工作。
標(biāo)簽： FPGA GPIB 控制器 IP核
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基于彩色路徑識(shí)別的視覺導(dǎo)航方法是當(dāng)前自動(dòng)導(dǎo)航小車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和方向。視覺導(dǎo)航是指根據(jù)地面路徑和被控對(duì)象之間的位置偏差控制其運(yùn)行的方向，因此，地面彩色路徑圖像的攝取及其識(shí)別處理就成為視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在當(dāng)前的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，圖像處理的硬件平臺(tái)都是基于通用微處理器，嵌入式微處理器或者DSP進(jìn)行設(shè)計(jì)的。這些處理器一個(gè)共同的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)串行處理，而圖像處理過程涉及大量的并行處理操作，因此傳統(tǒng)的串行處理方式滿足不了圖像處理的實(shí)時(shí)性要求。 鑒于微處理器這方面的不足，作者提出一種使用FPGA實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別的并行處理方案，并據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)智能圖像傳感器。該傳感器采用先進(jìn)的FPGA技術(shù)，將圖像采集及其顯示，路徑的識(shí)別處理以及通信控制等模塊集成在一個(gè)芯片上，形成一個(gè)片上系統(tǒng)(SOC)。其主要功能是對(duì)所采集的彩色路徑圖像進(jìn)行識(shí)別處理，獲得彩色路徑的坐標(biāo)及其方向角，并將處理結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)，為自動(dòng)導(dǎo)航提供控制依據(jù)。 本文將彩色路徑的識(shí)別處理過程劃分為三個(gè)階段，第一階段為顏色聚類識(shí)別，以獲得二值路徑圖像，第二階段為數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算，用于對(duì)第一階段中獲得的二值圖像進(jìn)行去斑處理，第三階段為路徑中心線的定位及其方向角的測(cè)量。圖像傳感器與上位機(jī)的通信采用異步串行方式，由于上位機(jī)需要控制該傳感器執(zhí)行多種任務(wù)，作者定義一種基于異步串行通信的應(yīng)用層協(xié)議，用于上位機(jī)對(duì)傳感器的控制。在圖像的顯示中，為了彌補(bǔ)圖像采集的速率和VGA顯示速率的不匹配，作者提出一種基于單端口存儲(chǔ)器的圖像幀緩沖機(jī)制，通過VGA接口將采集的圖像實(shí)時(shí)地顯示出來。 根據(jù)上述思想，作者完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明，傳感器系統(tǒng)的各個(gè)模塊都能正常工作，F(xiàn)PGA中的數(shù)字邏輯電路能夠?qū)崟r(shí)地將路徑從圖像中準(zhǔn)確地識(shí)別出來，.充分體現(xiàn)了FPGA對(duì)路徑圖像的高速處理優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，在一定程度上豐富了路徑圖像識(shí)別處理的技術(shù)和方法。
標(biāo)簽： FPGA 路徑識(shí)別 圖像傳感器
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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統(tǒng)具有很好的糾錯(cuò)能力，如使用差錯(cuò)控制編碼。自仙農(nóng)定理提出以來，先后有許多糾錯(cuò)編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優(yōu)異的糾錯(cuò)性能成為通信界的一個(gè)里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復(fù)雜度大，導(dǎo)致其譯碼延時(shí)大，故而在工程中的應(yīng)用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實(shí)現(xiàn)一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲(chǔ)器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲(chǔ)器沖突的問題。 本論文在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實(shí)現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器在時(shí)鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數(shù)和最大迭代次數(shù)均為4時(shí)，可支持8.2Mbps的編譯碼數(shù)掘吞吐量，而譯碼時(shí)延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設(shè)計(jì)了系統(tǒng)開發(fā)板。該開發(fā)板可提供高速以太網(wǎng)MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統(tǒng)需求。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，本文所實(shí)現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器及其開發(fā)板運(yùn)行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設(shè)計(jì)，還提出了一種基于多端口存儲(chǔ)器的并行子交織器和解交織器設(shè)計(jì)。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構(gòu)，使用SOC架構(gòu)處理系統(tǒng)和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統(tǒng)的架構(gòu)。第四章介紹了FPGA系統(tǒng)開發(fā)板設(shè)計(jì)與調(diào)試的一些工作。最后一章為本文總結(jié)及其展望。
標(biāo)簽： Turbo FPGA 并行 編譯碼器
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8051系列是至今為止最成功的單片機(jī)之一，在FPGA平臺(tái)上研究帶硬件浮點(diǎn)運(yùn)算器的8051是對(duì)其在SoC及專用化的方向上的一次邁進(jìn)。文章首先介紹了8051的基本架構(gòu)，包括硬件模塊、指令系統(tǒng)、內(nèi)存分配以及基本外設(shè)。然后講解了在設(shè)計(jì)8051時(shí)如何劃分模塊，每個(gè)模塊的功能與設(shè)計(jì)，同時(shí)也介紹了如何設(shè)計(jì)流水線來加速8051的處理速度。對(duì)于浮點(diǎn)運(yùn)算器，文章介紹了IEEE浮點(diǎn)數(shù)的表示方法，包括各種特殊值的表示方法以及作用。在探討浮點(diǎn)運(yùn)算器設(shè)計(jì)的時(shí)候首先是給出了模塊的劃分及其實(shí)現(xiàn)的功能，然后以生動(dòng)的實(shí)例介紹了加減乘除四種浮點(diǎn)運(yùn)算的算法。在介紹完8051與浮點(diǎn)運(yùn)算器設(shè)計(jì)以后，文章介紹了如何將浮點(diǎn)運(yùn)算器集成到8051上，包括硬件上的數(shù)據(jù)線接口和控制線接口，以及軟件中如何運(yùn)用硬件浮點(diǎn)運(yùn)算器。最后文章給出了此設(shè)計(jì)在ModelSim上的仿真結(jié)果以及在CyclonelIFPGA芯片上的驗(yàn)證過程，可以清楚地看到，與KeilC51軟件庫的浮點(diǎn)運(yùn)算相比，加法運(yùn)算從186個(gè)時(shí)鐘周期減少到4個(gè)時(shí)鐘周期，減法運(yùn)算從200個(gè)時(shí)鐘周期減少到4個(gè)時(shí)鐘周期，乘法運(yùn)算從241個(gè)時(shí)鐘周期減少到4個(gè)時(shí)鐘周期，而除法則由原來的¨lO個(gè)時(shí)鐘周期減少到4個(gè)時(shí)鐘周期，可見硬件浮點(diǎn)運(yùn)算器使8051在運(yùn)算能力上有了質(zhì)的提高。 筆者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“維普數(shù)據(jù)論文網(wǎng)’’上搜索過，都沒有發(fā)現(xiàn)有類似的設(shè)計(jì)，帶硬件浮點(diǎn)運(yùn)算器的8051可謂是一次創(chuàng)新，希望在實(shí)際應(yīng)用中能有用武之地。
標(biāo)簽： FPGA 8051 硬件 浮點(diǎn)運(yùn)算器
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JPEG是聯(lián)合圖像專家組(Joint Picture Expert Group)的英文縮寫，是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。JPEG的基于DCT變換有損壓縮具有高壓縮比特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)量極大的多媒體以及帶寬資源寶貴的網(wǎng)絡(luò)程序中。 動(dòng)態(tài)圖像的JPEG編解碼處理要求圖像恢復(fù)質(zhì)量高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，本課題就是針對(duì)這兩個(gè)方面的要求展開的研究。該系統(tǒng)由圖像編碼服務(wù)器端和圖像解碼客戶端組成。其中，服務(wù)器端實(shí)時(shí)采集攝像頭傳送的動(dòng)態(tài)圖像，進(jìn)行JPEG編碼，通過網(wǎng)絡(luò)傳送碼流到客戶端；客戶端接收碼流，經(jīng)過JPEG解碼，恢復(fù)出原始圖像送VGA顯示。設(shè)計(jì)結(jié)果完全達(dá)到了實(shí)時(shí)性的要求。 本文從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度出發(fā)，首先分析了系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，介紹FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及它的設(shè)計(jì)流程和指導(dǎo)原則；然后從JPEG圖像壓縮技術(shù)發(fā)展的歷程出發(fā)，分析JPEG標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)高壓縮比高質(zhì)量圖像處理的原理；針對(duì)FPGA在算法實(shí)現(xiàn)上的特點(diǎn)，以及JPEG算法處理的原理，按照編碼和解碼順序，研究設(shè)計(jì)了基于改進(jìn)的DA算法的FDCT和IDCT變換，以及按發(fā)生頻率進(jìn)行優(yōu)化的霍夫曼查找表結(jié)構(gòu)，并且從系統(tǒng)整體上對(duì)JPEG編解碼進(jìn)行簡化，以提高系統(tǒng)的處理性能。最后，通過分析Nios嵌入式微處理器可定制特性，根據(jù)SOPC Builder中Avalon總線的要求，把圖像采集，JPEG圖像壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸轉(zhuǎn)變成用戶自定義模塊，在SOPC Builder下把用戶自定義模塊添加到系統(tǒng)中，由Nios嵌入式軟核的控制下運(yùn)行，在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)整個(gè)JPEG實(shí)時(shí)圖像編解碼系統(tǒng)(soc)。 在FPGA上實(shí)現(xiàn)硬件模塊化的JPEG算法，具有造價(jià)低功耗低，性能穩(wěn)定，圖像恢復(fù)后質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，適用于精度要求高且需要對(duì)圖像進(jìn)行逐幀處理的遠(yuǎn)程微小目標(biāo)識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)中以及廣電系統(tǒng)中前期的非線性編輯工作以及數(shù)字電影的動(dòng)畫特技制作，對(duì)降低成本和提高圖像處理速度兩方面都有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。通過在FPGA上實(shí)現(xiàn)JPEG編解碼，進(jìn)一步探索FPGA在數(shù)字圖像處理上的優(yōu)勢(shì)所在，深入了解進(jìn)行此類硬件模塊設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)，是本課題的重要學(xué)術(shù)意義所在。
標(biāo)簽： FPGA JPEG 實(shí)時(shí)圖像 編解碼
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感應(yīng)加熱電源以其環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，逆變控制電路是直接影響感應(yīng)加熱電源能否安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵因素。目前的感應(yīng)加熱裝置很多采用模擬電路控制，而模擬控制電路觸點(diǎn)多，焊點(diǎn)多，系統(tǒng)可靠性低，對(duì)一些元件的工藝性要求高，電路中控制參數(shù)不容易進(jìn)行修改，靈活性較差。近年來隨著微處理機(jī)的發(fā)展，數(shù)字式控制精確，軟件設(shè)計(jì)靈活，因而整個(gè)控制系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)，在感應(yīng)加熱領(lǐng)域中運(yùn)用數(shù)字式控制已是一個(gè)發(fā)展方向。 本文在模擬逆變控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在可編程邏輯器件(FPGA)上進(jìn)行了數(shù)字式并聯(lián)逆變控制系統(tǒng)的研究。 首先，本文針對(duì)感應(yīng)加熱并聯(lián)逆變控制的數(shù)字化進(jìn)行了詳細(xì)的研究。在參閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有模擬并聯(lián)逆變控制電路的工作原理，設(shè)計(jì)了全數(shù)字鎖相環(huán)、它激轉(zhuǎn)自激掃頻啟動(dòng)模塊等逆變控制功能模塊，并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)學(xué)分析和功能仿真，結(jié)果證明可以達(dá)到預(yù)定的功能指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求。 然后，分析了感應(yīng)加熱電源的整體工作流程，針對(duì)模擬控制電路中控制參數(shù)不易進(jìn)行修改、靈活性較差等問題，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示等功能模塊，有利于系統(tǒng)的調(diào)試，參數(shù)修改等實(shí)際操作。 最后，以模擬逆變控制策略為基礎(chǔ)，分析了數(shù)字控制器的控制要求和策略。由硬件狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)，完成對(duì)整個(gè)逆變控制系統(tǒng)的整體控制操作。通過自上而下的總體設(shè)計(jì)，將各個(gè)部分組合起來，構(gòu)成一個(gè)SOC系統(tǒng)。在FPGA集成軟件中進(jìn)行了各部分和整體的仿真驗(yàn)證，結(jié)果證明該設(shè)計(jì)可以完成逆變控制的各項(xiàng)需求和預(yù)定的人機(jī)交互操作。
標(biāo)簽： FPGA 感應(yīng)加熱電源 控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-07-09
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隨著系統(tǒng)芯片(SoC)設(shè)計(jì)復(fù)雜度不斷增加，使得縮短面市時(shí)間的壓力越來越大。雖然IP核復(fù)用大大減少了SoC的設(shè)計(jì)時(shí)間，但是SoC的驗(yàn)證仍然非常復(fù)雜耗時(shí)。SoC和ASIC的最大不同之處在于它的規(guī)模和復(fù)雜的系統(tǒng)性，除了大量硬件模塊之外，SoC還需要大量的同件和軟件，如操作系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用程序等。面對(duì)SoC數(shù)目眾多的硬件模塊，復(fù)雜的嵌入式軟件，由于軟件仿真速度和仿真模犁的局限性，驗(yàn)證往往難以達(dá)到令人滿意的要求，耗費(fèi)了大最的時(shí)間，將給系統(tǒng)芯片的上市帶來嚴(yán)重的影響。為了減少此類情況的發(fā)生，在流樣片之前，進(jìn)行基于FPGA的系統(tǒng)原型驗(yàn)證，即在FPGA上快速地實(shí)現(xiàn)SoC設(shè)計(jì)中的硬件模塊，讓軟件模塊在真正的硬件環(huán)境中高速運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)SoC設(shè)計(jì)的軟硬件協(xié)同驗(yàn)證。這種方法已經(jīng)成為SoC設(shè)計(jì)流程前期階段常用的驗(yàn)證方法。 在簡要分析幾種業(yè)內(nèi)常用的驗(yàn)證技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)闡述了基于FPGA的SoC驗(yàn)證流程與技術(shù)。結(jié)合Mojox數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)芯片(以下簡稱為Mojox SoC)的FPGA原型驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)，介紹了Mojox FPGA原型驗(yàn)證平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)過程和Mojox SoC的FPGA原型實(shí)現(xiàn)，并采用基于模塊的FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，加快了原型驗(yàn)證的工作進(jìn)程。 本文還介紹了Mojox SoC中ARM固件和PC應(yīng)用軟件等原型軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)以及原型驗(yàn)證平臺(tái)的軟硬協(xié)同驗(yàn)證的過程。通過軟硬協(xié)同驗(yàn)證，本文實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)對(duì)整個(gè)驗(yàn)證平臺(tái)的摔制，達(dá)到了良好的驗(yàn)證效果，且滿足了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： SoC 系統(tǒng)芯片 原型 驗(yàn)證技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-07-02
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號(hào)與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時(shí)也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對(duì)軟件無線電接收機(jī)自適應(yīng)性及靈活性的要求，并充分體現(xiàn)在高性能FPGA平臺(tái)上設(shè)計(jì)SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設(shè)計(jì)，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應(yīng)性、可擴(kuò)展性和可調(diào)試性。 在時(shí)序數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)上，充分利用FPGA中豐富的時(shí)序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計(jì)數(shù)器等，能夠方便的完成對(duì)系統(tǒng)輸入輸出時(shí)鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)需要對(duì)各處時(shí)序延時(shí)進(jìn)行修正。 在存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)上，采用FPGA片內(nèi)存儲(chǔ)器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時(shí)進(jìn)行設(shè)置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)整。 在傳輸接口設(shè)計(jì)上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實(shí)現(xiàn)了對(duì)這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進(jìn)行切換。 在系統(tǒng)工作過程控制上，通過VB程序編寫了應(yīng)用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實(shí)現(xiàn)了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機(jī)上完成對(duì)系統(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的驗(yàn)證了在系統(tǒng)整個(gè)傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時(shí)序性，并極大的降低了用常規(guī)儀器觀測(cè)FPGA中眾多待測(cè)引腳的難度。 本文第四章針對(duì)FPGA中各功能模塊的邏輯設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)每個(gè)模塊都給出了精確的仿真結(jié)果。同時(shí)，文中還在其它章節(jié)詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、并行接口設(shè)計(jì)、PCI接口設(shè)計(jì)、PC端控制軟件設(shè)計(jì)以及用于調(diào)試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對(duì)系統(tǒng)的仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果給出了分析及討論。最后還附上了系統(tǒng)的PCB版圖、FPGA邏輯設(shè)計(jì)圖、實(shí)物圖及注釋詳細(xì)的相關(guān)源程序清單。
標(biāo)簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-09
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