FPGA作為新一代集成電路的出現，引起了數字電路設計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來越多的用戶與設計公司開始使用FPGA進行系統開發，因此，PFAG的市場需求也越來越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發展也越來越先進，在如此良性循環下，不久的將來，FPGA可以主領集成電路設計領域。正是由于FPGA有著如此巨大的發展前景與市場吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發技術日趨簡單化、軟件化，從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設計語言，到現在面向對象的System Verilog、SystemC設計語言，硬件設計語言開始向高級語言發展。作為一個軟件設計人員，會很容易接受面向對象的語言。現在軟件的設計中，算法處理的瓶頸就是速度的問題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個問題，本文在第一章第二節詳細介紹了軟硬結合的開發優勢。另外，在第一章中還介紹了知識產權核心（IP Core）的發展與前景，特別是IP Core中軟核的設計與開發，許多FGPA的開發公司開始爭奪軟核的開發市場。 @@ 數字電路設計中最長遇到的就是通信的問題，而每一種通信方式都有自己的協議規范。在CPU的設計中，由于需要高速的處理速度，因此其內部都是用并行總線進行通信，但是由于集成電路資源的問題，不可能所有的外部設備都要用并行總線進行通信，因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個小型CPU的內部構造，以及這三個通信協議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發中，由于集成電路本身的特殊性，其開發流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發流程作了簡要的介紹，并且將其中最復雜但是又很重要的靜態時序分析進行了詳細的論述。在通信協議的開發中，需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環境的搭建等，因此，本文以SPI數據通信協議的設計作為一個開發范例，從協議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協議的開發中，不僅對協議進行了詳細的功能分析，而且對架構中的每個模塊的設計都進行了詳細的論述。@@關鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態時序分析；驗證環境
上傳時間： 2013-04-24
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國家863項目“飛行控制計算機系統FC通信卡研制”的任務是研究設計符合CPCI總線標準的FC通信卡。本課題是這個項目的進一步引伸，用于設計SCI串行通信接口，以實現環上多計算機系統間的高速串行通信。 本文以此項目為背景，對基于FPGA的SCI串行通信接口進行研究與實現。論文先概述SCI協議，接著對SCI串行通信接口的兩個模塊：SCI節點模型模塊和CPCI總線接口模塊的功能和實現進行了詳細的論述。 SCI節模型包含Aurora收發模塊、中斷進程、旁路FIFO、接受和發送存儲器、地址解碼、MUX。在SCI節點模型的實現上，利用FPGA內嵌的RocketIO高速串行收發器實現主機之間的高速串行通信，并利用Aurora IP核實現了Aurora鏈路層協議；設計一個同步FIFO實現旁路FIFO；利用FPGA上的塊RAM實現發送和接收存儲器；中斷進程、地址解碼和多路復合分別在控制邏輯中實現。 CPCI總線接口包括PCI核、PCI核的配置模塊以及用戶邏輯三個部分。本課題中，采用FPGA+PCI軟核的方法來實現CPCI總線接口。PCI核作為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁：PCI核的配置模塊負責對PCI核進行配置，得到用戶需要的PCI核；用戶邏輯模塊負責實現整個通信接口具體的內部邏輯功能；并引入中斷機制來提高SCI通信接口與主機之間數據交換的速率。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL和VHDL，在開發工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統的設計、綜合、布局布線，利用Modelsim進行功能及時序仿真，使用DriverWorks為SCI串行通信接口編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。最后，將FPGA設計下載到FC通信卡中運行，并利用ISE內嵌的ChipScope Pro虛擬邏輯分析儀對設計進行驗證，運行結果正常。 文章最后分析傳輸性能上的原因，指出工作中的不足之處和需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-04-24
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信號與信息處理是信息科學中近幾年來發展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統可再編程及在系統調試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權復制、元器件和開發成本進一步降低、開發時間也大大縮短等優點。然而,FPGA器件是基于SRAM結構的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數據都必須重新下載,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系統設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設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術,完成了FPGA配置接口電路及實驗開發板的設計與實現。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術原理的基礎上,針對Altcra公司專用的USB數據配置電纜USB-Blaster,對其內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芯片開發實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調試,完成測試與驗證,實現了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發環境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產權嚴格保密,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設計的難度。 與傳統的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發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試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發板與其同類產品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
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I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司開發的用于芯片之間連接的串行總線，以其嚴格的規范、卓越的性能、簡便的操作和眾多帶I2C接口的外圍器件而得到廣泛的應用并受到普遍的歡迎。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。本論文主要討論了如何利用Verilog/FPGA來實現一個隨機讀/寫的I2C接口電路，實現與外圍I2C接口器件E2PROM進行數據通信，實現讀、寫等功能，傳輸速率實現為100KBps。在Modelsim6.0仿真軟件環境中進行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li開發平臺上進行了下載，搭建外圍電路，用Agilem邏輯分析儀進行數據采集，分析測試結果。 首先，介紹了微電子設計的發展概況以及設計流程，重點介紹了HDL/FPGA的設計流程。其次，對I2C串行總線進行了介紹，重點說明了總線上的數據傳輸格式并對所使用的AT24C02 E2PROM存儲器的讀／寫時序作了介紹。第三，基于Verilog _HDL設計了隨機讀/寫的I2C接口電路、測試模塊和顯示電路；接口電路由同步有限狀態機(FSM)來實現；測試模塊首先將數據寫入到AT24C02的指定地址，接著將寫入的數據讀出，并將兩個數據顯示在外圍LED數碼管和發光二極管上，從而直觀地比較寫入和輸出的數據的正確性。FPGA下載芯片為Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent邏輯分析儀進行傳輸數據的采集，分析數據傳輸的時序，從而驗證電路設計的正確性。最后，論文對所取得的研究成果進行了總結，并展望了下一步的工作。
上傳時間： 2013-06-27
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簡述了SPI總線協議工作時序和配置要求，通過一個成功的實例詳細介紹了使用SPI 總線實現DSP與MCU之間的高速通信方法，并參考實例給出了SPI接口的硬件連接、初始化、 以及傳輸測試程序的編寫方法。 關鍵詞：SPI接口；McBSP；總線；高速通信
上傳時間： 2013-04-24
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ARM嵌入式技術在工業和生活中正得到越來越廣泛的應用，為了適應技術的發展和社會的需求，滿足為社會培養創新型人才的需要，高校通信類和電子類專業開設ARM嵌入式技術相關課程及其實驗課程將成為趨勢。在課程中設置合理實驗，可以有效提高學生的動手能力和培養創新性思維，幫助學生更快、更好地掌握理論和應用技術。 論文設計的ARM嵌入式教學實驗系統包括一塊適合普通高校嵌入式技術實驗課程教學的實驗開發板及其配套的實驗。該實驗系統針對一般高校所開設的ARM嵌入式技術相關課程的要求而設計，配套實驗符合教學大綱及實驗課時的要求。 論文設計的實驗開發板主要組成模塊有：最小系統，包括控制器模塊、電源模塊、復位模塊、Flash ROM模塊、SDRAM模塊、JTAG接口等；擴展接口，包括LED、鍵盤、RS232串口、I2C接口、液晶模塊、以太網模塊等。實驗開發板采用S3C4510B網絡控制芯片用作控制和信號處理，使用網絡接口芯片DM9161和隔離變壓器H1102完成網絡接入，使用AM29LV160和HY57V641620HG構建16位存儲單元，使用AT24C01和PCF8583來構建I2C接口，使用MAX232完成TTL電平轉換以擴展RS232串口，并擴展鍵盤和LCD實現人機交互。實驗開發板的硬件設計充分考慮了一般高校實驗室的條件和需求，能夠較好地將成本控制在150元左右，有利于在有限的條件下為每個學生盡可能的創造動手制作PCB的實驗條件。實驗板的接口設計能夠讓學生較為方便地開展實驗，并考慮了實驗板擴展和二次開發的需要。 論文設計的實驗系統配套實驗主要有基礎實驗、擴展實驗和設計實驗。基礎實驗主要幫助學生熟悉嵌入式系統的片內資源和特殊功能寄存器的配置方法，對整個嵌入式系統的架構有一定的理解，能編程完成一些簡單的控制功能；擴展實驗主要幫助學生建立嵌入式系統開發和設計的基本理念，能夠設計和實現常見的外設驅動程序，能夠進行操作系統的配置和移植，能夠自行對實驗板進行一定程度的擴展；設計實驗能夠幫助學生提高嵌入式系統的設計開發能力，使學生能根據需要設計出實現一定功能的擴展模塊，從而使實驗板擴展成實現具體功能的工業產品。基礎實驗包括ADS集成環境實驗、鍵盤實驗（GPIO輸入）、LED實驗（GPIO輸出）、定時器實驗、外部中斷實驗、UART串口通信實驗、I2C接口實驗、液晶顯示實驗；擴展實驗包括建立交叉編譯環境實驗、操作系統編譯實驗、操作系統移植實驗、以太網通信實驗、TFTP實驗、WEB訪問實驗；設計實驗包括TCP/IP協議棧實驗、Web服務器實驗。學生通過完成基礎實驗、擴展實驗和設計實驗來達到教學大綱的要求，并可以在此基礎上進行更深入的創新性開發實驗，可以滿足一般高校嵌入式技術實驗課程教學的需要。 論文介紹了嵌入式交叉編譯環境的建立以及實驗開發板設計完成后進行的調試。實驗開發板移植的嵌入式操作系統為uClinux，采用的Bootloader為U-boot。論文還簡單介紹了實驗系統的擴展方案和二次開發方案，并對嵌入式新技術的發展做了粗淺的探討。 論文所做的工作以科學發展觀為指導，是對普通高校ARM嵌入式技術實驗課程設計的一次有益探索。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著以太網技術的發展和普及，以TCP/IP協議為代表的開放式互聯網技術在各個領域都得到了廣泛的應用，但是大量的設備都有SPI串行接口，這些設備的串行數據需要通過網絡進行傳輸，因此必須要尋求一種解決方案，用來解決這些傳統設備與現今的網絡設備之間的互聯問題。本文針對這種情況設計了一種基于ARM處理器的嵌入式以太網接口系統。 本文分別對SPI串行通信和基于TCP/IP協議的以太網進行研究和分析，在此基礎上設計一個嵌入式系統—基子ARM處理器的串行通信與以太網的協議轉換系統，來實現SPI串行口與網口的數據傳輸。 首先分析了當前串行通信的應用現狀和以太網技術的發展動態，指出SPI串口設備網絡化的趨勢，然后詳細介紹了嵌入式處理器LM3S8962的特點和內部結構接著闡述了嵌入式TCP/IP協議棧的總體設計以及每層協議的編寫過程。在硬件設計方面，對本文所設計的系統—基于ARM處理器的串行通信與以太網的協議轉換系統進行了總體設計，將系統分為三個主要模塊：處理器模塊、SPI通信模塊和以太網接口模塊。同時在軟件設計方面對啟動代碼流程、驅動程序設計與實現、軟件包的配置進行了說明。對設計的主程序的流程圖以及各個任務參數設置加以分析。最后對系統進行了測試表明通信是成功的。 總之，本文完成了嵌入式網絡控制器的硬件平臺架構設計、嵌入式操作系統的移植，為今后嵌入式網絡控制器的后繼開發提供了一個嵌入式平臺，研究成果對于嵌入式遠程監控系統在遠程控制領域的應用具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-04-24
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本文給出軟件模擬I2C總線應用在多主機系統中的解決方案。分析多主競爭出現的原因及其時段，結合時序圖和流程圖闡述競爭仲裁的原理及實現方法，并提供通用軟件包，用戶可將其應用在實際的系統中。
上傳時間： 2013-05-27
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擴頻通信具有較強的抗干擾、抗偵查和抗衰落能力,可以實現碼分多址,目前廣泛應用于通信抗干擾、衛星通信、導航、保密通信、測距和定位等各個方面。另外,隨著集成電路技術的飛速發展,數字接收機和軟件無線電也已經是現代通信研究的一個熱點。 本文正是順應這種發展趨勢,在某工程項目的通信分系統中建立CDMA直接序列擴頻通信系統。 本文作者承擔了多點無線擴頻通信系統的研究,建立了一個完整的仿真系統。提出了適合于本系統的實現算法,同時還建立了基于軟件無線電平臺的系統的全FPGA設計和實現,包括各個模塊的測試和整個系統的聯合測試。 文章的主要內容如下： 1.簡述了擴頻通信及軟件無線電的發展及現狀。 2. 對直擴系統的基本原理和系統中采用的相關關鍵技術進行了闡述。相關關鍵技術包括擴頻碼的研究和選取,擴頻碼同步的研究,包括捕獲算法和跟蹤算法的研究,以及自適應門限的研究。 3.詳細討論了該多點無線通信系統的設計與實現,提出了適合于本系統的算法。首先闡述了系統的總體設計方案和設計參數,接著分為物理層和鏈路層詳細闡述了各個模塊的設計與仿真,包括matlab仿真和modelsim仿真,文中給出了大量的仿真結果圖。仿真結果證明算法的正確性,仿真性能也能滿足系統設計的要求。 4.介紹了該多點無線通信系統的硬件平臺與系統調試。首先介紹了系統的硬件平臺和硬件框圖,介紹了系統的相關器件及其配置,接著介紹了FPGA的開發流程、開發工具、設計原則及遇到的相關問題,最后介紹了系統的設計驗證與性能分析,給出了系統的調試方案和調試結果。 本文所討論的多點無線通信系統已經在某工程項目的通信分系統中實現。目前工作正常,性能良好,具有通用性、可移植性,有重要的理論及實用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司開發的用于芯片之間連接的串行總線，以其嚴格的規范、卓越的性能、簡便的操作和眾多帶I2C接口的外圍器件而得到廣泛的應用并受到普遍的歡迎。 現場可編程門陣列(FPGA)設計靈活、速度快，在數字專用集成電路的設計中得到了廣泛的應用。本論文主要討論了如何利用Verilog/FPGA來實現一個隨機讀/寫的I2C接口電路，實現與外圍I2C接口器件E2PROM進行數據通信，實現讀、寫等功能，傳輸速率實現為100KBps。在Modelsim6.0仿真軟件環境中進行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li開發平臺上進行了下載，搭建外圍電路，用Agilem邏輯分析儀進行數據采集，分析測試結果。 首先，介紹了微電子設計的發展概況以及設計流程，重點介紹了HDL/FPGA的設計流程。其次，對I2C串行總線進行了介紹，重點說明了總線上的數據傳輸格式并對所使用的AT24C02 E2PROM存儲器的讀／寫時序作了介紹。第三，基于Verilog _HDL設計了隨機讀/寫的I2C接口電路、測試模塊和顯示電路；接口電路由同步有限狀態機(FSM)來實現；測試模塊首先將數據寫入到AT24C02的指定地址，接著將寫入的數據讀出，并將兩個數據顯示在外圍LED數碼管和發光二極管上，從而直觀地比較寫入和輸出的數據的正確性。FPGA下載芯片為Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent邏輯分析儀進行傳輸數據的采集，分析數據傳輸的時序，從而驗證電路設計的正確性。最后，論文對所取得的研究成果進行了總結，并展望了下一步的工作。
上傳時間： 2013-06-08
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