隨著移動終端、多媒體、Internet網絡、通信，圖像掃描技術的發展，以及人們對圖象分辨率，質量要求的不斷提高，用軟件壓縮難以達到實時性要求，而且會帶來因傳輸大量原始圖象數據帶來的帶寬要求，因此采用硬件實現圖象壓縮已成為一種必然趨勢。而熵編碼單元作為圖像變換，量化后的處理環節，是圖像壓縮中必不可少的部分。研究熵編解碼器的硬件實現，具有廣闊的應用背景。本文以星載視頻圖像壓縮的硬件實現項目為背景，對熵編碼器和解碼器的硬件實現進行探討，給出了并行熵編碼和解碼器的實現方案。熵編解碼器中的難點是huffman編解碼器的實現。在設計并行huffman編碼方案時通過改善Huffman編碼器中變長碼流向定長碼流轉換時的控制邏輯,避免了因數據處理不及時造成數據丟失的可能性，從而保證了編碼的正確性。而在實現并行的huffman解碼器時，解碼算法充分利用了規則化碼書帶來的碼字的單調性，及在特定長度碼字集內碼字變化的連續性，將并行解碼由模式匹配轉換為算術運算，提高了存儲器的利用率、系統的解碼效率和速度。在實現并行huffman編碼的基礎上，結合針對DC子帶的預測編碼，針對直流子帶的游程編碼，能夠對圖像壓縮系統中經過DWT變換，量化，掃描后的數據進行正確的編碼。同時，在并行huffman解碼基礎上的熵解碼器也可以解碼出正確的數據提供給解碼系統的后續反量化模塊，進一步處理。在本文介紹的設計方案中，按照自頂向下的設計方法，對星載圖像壓縮系統中的熵編解碼器進行分析，進而進行邏輯功能分割及模塊劃分，然后分別實現各子模塊，并最終完成整個系統。在設計過程中，用高級硬件描述語言verilogHDL進行RTL級描述。利用了Altera公司的QuartusII開發平臺進行設計輸入、編譯、仿真，同時還采用modelsim仿真工具和symplicity的綜合工具，驗證了設計的正確性。通過系統波形仿真和下板驗證熵編碼器最高頻率可以達到127M，在62.5M的情況下工作正常。而熵解碼器也可正常工作在62.5M，吞吐量可達到2500Mbps，也能滿足性能要求。仿真驗證的結果表明：設計能夠滿足性能要求，并具有一定的使用價值。
標簽： FPGA 圖象壓縮 熵
上傳時間： 2013-05-19
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逆變控制器的發展經歷從分立元件的模擬電路到以專用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統，并從數模混合電路過渡到純數字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設計，存在一定局限。為此，近幾年來逆變器專用控制芯片（ASIC）實現技術的研究越來越受到關注，已成為逆變控制器發展的新方向之一。本文利用一個成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專用控制芯片ASIC的實現技術，依次對專用芯片的系統功能劃分，硬件算法，全系統的硬件設計及優化，流水線操作和并行化，芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續時間和離散時間的數學模型，以及基于極點配置的單相電壓型PWM逆變器電流內環電壓外環雙閉環控制系統的設計過程，同時給出了仿真結果，仿真表明此系統具有很好的動、靜態性能，并且具有自動限流功能，提高了系統的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結構。在給出本芯片應用目標的基礎上，制定了FPGA目標器件的選擇原則和芯片的技術規格，完成了器件選型及相關的開發環境和工具的選取。然后系統闡述了復雜FPGA設計的設計方法學，詳細介紹了基于FPGA的ASIC設計流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開發流程，以及modelsim、SynplifyPro、QuartusII結合使用的開發流程。在此基礎上，進行了芯片系統功能劃分，針對：DDS標準正弦波發生器，電壓電流雙環控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產生器，三角波發生器，死區控制器，數據流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設計。分析了全數字鎖相環的結構和模型，以此為基礎，設計了一種應用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統鎖相系統中的環路濾波，用相位累加器實現數控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數字鎖相環（DPLL）。分析了“流水線操作”等設計優化問題，并針對逆變器控制系統中，控制系統算法呈多層結構，且層與層之間還有數據流聯系，其執行順序和數據流的走向較為復雜，不利于直接采用流水線技術進行設計的特點，提出一種全新的“分層多級流水線”設計技術，有效地解決了復雜控制系統的流水線優化設計問題。本文最后對芯片運行穩定性等問題進行了初步研究。指出了設計中的“競爭冒險”和飽受困擾之苦的“亞穩態”問題，分析了產生機理，并給出了常用的解決措施。
標簽： FPGA 逆變器 控制芯片
上傳時間： 2013-05-28
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在通信系統中，人們一直致力于信息傳輸的有效性和可靠性的研究，信道糾錯編碼技術一直是人們研究的重點。1993年，Turbo碼的提出，以其接近Shannon極限的優異的譯碼性能在編碼界引起了轟動，并成為研究糾錯編碼的熱點課題。經過十幾年的研究和發展，目前，Turbo碼已經走向了實用化的道路，如何用硬件實現有效的Turbo碼編譯碼器成為了人們研究的重點。 論文以基于FPGA實現Turbo碼譯碼器為研究目標，首先分析了Turbo碼的基本編譯碼原理和3GPP標準的Turbo碼編碼結構和交織算法。然后重點分析了MAP譯碼算法，Log-MAP譯碼算法和：Max-Log-MAP譯碼算法，并對三種譯碼算法進行了詳細的理論推導和計算復雜度的定量分析比較，對影響Turbo碼譯碼性能的主要因素進行了MATLB仿真分析。 論文在深入分析比較上述三種譯碼算法的基礎之上，選擇Max-Log-MAP譯碼算法進行了Turbo碼譯碼器的FPGA設計實現。主要針對FPGA實現的數據量化、定點數據表示方式、Max-Log-MAP算法子譯碼器關鍵運算單元的FPGA設計和基于3GPP標準的Turbo碼譯碼器的內交織的FPGA設計進行了深入研究，完成了固定譯碼長度的Turbo碼譯碼器的FPGA設計實現，并利用modelsim和MATLAB分別對譯碼器進行了功能時序驗證和FPGA定點仿真測試。
標簽： Turbo FPGA 譯碼 算法研究
上傳時間： 2013-07-09
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2000年10月2日，美國國家標準與技術研究所宣布采用Rijndael算法作為高級加密標準，并于2002年5月26日正式生效，AES算法將在今后很長一段時間內，在信息安全中扮演重要角色。因此，對AES算法實現的研究就成為了國內外的熱點，會在信息安全領域得到廣泛的應用。用FPGA實現AES算法具有快速、靈活、開發周期短等優點。 本論文就是針對AES加、解密算法在同一片FPGA中的優化實現問題，在深入分析了AES算法的整體結構、基本變換以及加、解密流程的基礎上，對AES算法的加、解密系統的FPGA優化設計進行了研究。主要內容為： 1．確定了實現方案以及關鍵技術，在比較了常用的結構后，采用了適合高速并行實現AES加、解密算法的結構——內外混合的流水線結構，并給出了總體的設計框圖。由于流水線結構不適用于反饋模式，為了達到較高的運算速度，該系統使用的是電碼本模式(ECB)的工作方式； 2．對各個子模塊的設計分別予以詳細分析，結合算法本身和FPGA的特點，采用查表法優化處理了字節代換運算，列混合運算和密鑰擴展運算。同時，考慮到應用環境的不同，本設計支持數據分組為128比特，密鑰長度為128比特、192比特以及256比特三種模式下的AES算法加、解密過程。完成了AES加、解密算法在同一片FPGA中實現的這個系統的優化設計； 3．利用QLJARTUSII開發工具進行代碼的編寫工作和綜合編譯工作，在 modelsim中進行仿真并給出仿真結果，給出了各個模塊和整個設計的仿真測試結果； 4．和其他類似的設計做了橫向對比，得出結論：本設計在保證了速度的基礎上實現了資源和速度的均衡，在性能上具有較大的優勢。
標簽： FPGA AES 解密 算法
上傳時間： 2013-05-25
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結合視頻壓縮的理論以及IP核設計中對于仿真驗證的要求,本文設計了視頻壓縮IP核FPGA仿真驗證平臺.其硬件子平臺以Xilinx公司XC2V3000為核心,針對視頻壓縮IP核應用仿真要求設計外圍電路,構建一個視頻壓縮IP核的硬件仿真原型,采用運行于上位機上的控制和驅動軟件作為軟件解碼子平臺.同時還設計了完全獨立于硬件之外的modelsim軟件仿真驗證平臺.以FPGA仿真驗證平臺為載體,本文設計了基于H.263協議的視頻壓縮IP核.經過modelsim下的軟件平臺仿真調試與硬件平臺調試相結合的手段,作者完成了視頻壓縮IP核的仿真驗證.
標簽： FPGA 視頻壓縮 IP核
上傳時間： 2013-05-31
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卷積碼是無線通信系統中廣泛使用的一種信道編碼方式。Viterbi譯碼算法是一種卷積碼的最大似然譯碼算法，它具有譯碼效率高、速度快等特點，被認為是卷積碼的最佳譯碼算法。本文的主要內容是在FPGA上實現約束長度為9，碼率為1/2，采用軟判決方式的Viterbi譯碼器。 本文首先介紹了卷積碼的基本概念，闡述了Viterbi算法的原理，重點討論了決定Viterbi算法復雜度和譯碼性能的關鍵因素，在此基礎上設計了采用“串-并”結合運算方式的Viterbi譯碼器，并在Altera EP1C20 FPGA芯片上測試通過。本文的主要工作如下： 1.對輸入數據采用了二比特四電平量化的軟判決方式，對歐氏距離的計算方法進行了簡化，以便于用硬件電路方式實現。 2.對ACS運算單元采用了“串-并”結合的運算方式，和全并行的設計相比，在滿足譯碼速度的同時，節約了芯片資源。本文中提出了一種路徑度量值存儲器的組織方式，簡化了控制模塊的邏輯電路，優化了系統的時序。 3.在幸存路徑的選擇輸出上采用了回溯譯碼方法，與傳統的寄存器交換法相比，減少了寄存器的使用，大大降低了功耗和設計的復雜度。 4.本文中設計了一個仿真平臺，采用modelsim仿真器對設計進行了功能仿真，結果完全正確。同時提出了一種在被測設計內部插入監視器的調試方法，巧妙地利用了Matlab算法仿真程序的輸出結果，提高了追蹤錯誤的效率。 5.該設計在Altera EP1C20 FPGA芯片上通過測試，最大運行時鐘頻率110MHz，最大譯碼輸出速率10.3Mbps。 本文對譯碼器的綜合結果和Altera設計的Viterbi譯碼器IP核進行了性能比較，比較結果證明本文中設計的Viterbi譯碼器具有很高的工程實用價值。
標簽： Viterbi FPGA 軟判決 譯碼器
上傳時間： 2013-07-23
上傳用戶：葉山豪
隨著現代控制理論在機電技術領域的不斷發展，多電動機協調控制技術在機電控制系統中得到廣泛的應用，給嵌入式系統的數控應用提供了巨大機遇。傳統的伺服運動控制很難在處理大數據量、復雜算法時保證系統的靈活性和實時性。嵌入式系統是近年來發展起來的以應用為中心并且軟硬件可裁剪的實時系統，它的特點是高度自動化，響應速度快等，非常適合于要求實時的和多任務的場合。 本文以嵌入式數控系統為項目背景，研究設計了一種基于ARM和FPGA的嵌入式數控系統的方案。設計中，通過QuartusⅡ、modelsim和Protel 99等電子設計自動化開發工具完成了一個高性能嵌入式軟硬件系統的設計及仿真驗證；采用了實用小巧的嵌入式實時操作系統μC／OS-Ⅱ，為應用系統的實時性提供了保證。該嵌入式數控系統滿足了用戶對應用系統實時性和快速處理的要求，具有較廣泛的應用前景。 通過本課題實踐表明，基于ARM和FPGA構建嵌入式數控系統的應用方案完全可行、合理，同傳統的人機交互系統設計相比，能大量地減輕研發任務，提高研發速度，能夠在短時間內得到控制性能優秀的數控系統。而μC／OS-Ⅱ實時操作系統的加入，使得系統很好地進行多任務處理，并保證了系統的實時性。
標簽： FPGA ARM 嵌入式 數控
上傳時間： 2013-07-22
上傳用戶：huangzchytems
本文首先分析數字圖像壓縮技術的實際應用情況，相關的DVB技術標準和測試標準ETR290，進而提出了一個可適用于實際工作環境的語義分析模型框架；并在FPGA開發環境ISE中按照這個語義分析模型框架構造了一個具體的VHDL模型；同時利用工具軟件Synplify和modelsim完成軟件功能和時序仿真；然后設計相應的硬件測試平臺來驗證模塊功能。針對數字圖像技術實際應用環境的特點，本文提出了一種構建在嵌入式硬件平臺上的分析模塊，可實時分析MPEG-2傳輸流語法。通過連接TCP/IP網絡可實現24小時/7天長時間工作。模塊化的設計，使其可以安裝于各種設備或實際應用環境中的各關鍵節點，通過網絡傳輸到統一的服務器；同時該模塊可設置成不同的硬件觸發模式，使之成為故障傳感器。因此，該模塊適用于工程開通、快速故障監測、長時間監控等。通過與市場上專業測試設備性能進行比較，在測試精確性方面不占優勢，但在達到一定數量級的測試精度后，其廉價、簡易和無需維護的特點將呈現巨大的優勢。
標簽： FPGA MPEG 數字圖像 傳輸流
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：源弋弋
隨著通信技術和計算機技術的發展，多媒體的應用與服務越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術也隨之成為非常重要的研究領域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關鍵技術。由于視頻編碼系統的復雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔的運算量最大、控制最為復雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設計。 本文的目的是在FPGA芯片上設計實現一種更優的易于硬件實現的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術指標，介紹了運動估計技術在MPEG-4中的應用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎上討論了一種性能和硬件實現難易度綜合指數較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現的VLSI結構進行了改進，設計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現結構，并在對其理論分析之后，對實現該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及modelsim開發工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設計、實現與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結果可知本文設計的各功能模塊工作正常，并且能夠協同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現結構具備先進性和實時可實現性。
標簽： FPGA 運動估計 算法 仿真
上傳時間： 2013-05-27
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隨著信息技術的發展，系統級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發展的主流。SoC技術以其成本低、功耗小、集成度高的優勢正廣泛地應用于嵌入式系統中。通過對8位增強型CPU內核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現，對SoC設計作了初步研究。 在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎上，按照至頂向下的模塊化的高層次設計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結構的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設計，建立了具有CPU及定時器，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的數據通路的設計規劃。利用有限狀態機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設計規劃。利用組合電路與時序電路相結合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規劃。采用邊沿觸發使得一個機器周期對應一個時鐘周期，執行效率提高。使用硬件描述語言實現了各個模塊的設計。借助EDA工具ISE集成開發環境完成了各個模塊的編程、調試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。 設計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現有單片機進行升級和擴展。 本設計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執行效率指標上均優于傳統的MCS-51內核。本設計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結合開發出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設計通過FPGA驗證。
標簽： FPGA CPU 8位 增強型
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