大規(guī)模可編程邏輯器件CPLD和FPGA是當今應用最廣泛的兩類可編程專用集成電路(ASIC),電子設計工程師用它可以在辦公室或實驗室里設計出所需的專用集成電路,從而大大縮短了產(chǎn)品上市時間,降低了開發(fā)成本.此外,可編程邏輯器件還具有靜態(tài)可重復編程和動態(tài)系統(tǒng)重構的特性,使得硬件的功能可以象軟件一樣通過編程來修改,這樣就極大地提高了電子系統(tǒng)設計的靈活性和通用性.該設計完成了在一片可編程邏輯器件上開發(fā)簡易計算機的設計任務,將單片機與單片機外圍電路集成化,能夠輸入指令、執(zhí)行指令、輸出結果,具有在電子系統(tǒng)中應用的普遍意義,另外,也可以用于計算機組成原理的教學試驗.該文第一章簡要介紹了可編程ASIC和EDA技術的歷史、現(xiàn)狀、未來并對本課題作了簡要陳述.第二章在芯片設計的兩種輸入法即原理圖輸入法和HDL輸入法之間做出比較,決定選用HDL輸入法.第三章描述了具體的設計過程和設計手段,首先將簡易計算機劃分為運算器、CPU控制器、存儲器、鍵盤接口和顯示接口以及系統(tǒng)控制器,然后再往下分為下層子模塊.輸入法的語言使用的是Verilog HDL,鑒于篇幅所限,源代碼部分不在論文之中.第四章對設計的綜合與實現(xiàn)做了總結,給出了時序仿真波形圖.該文針對FPGA和RISC這兩大課題,對RISC在FPGA上的實現(xiàn)進行了初淺的探索與嘗試.從計算機體系結構入手,剖析了精簡指令集計算機的原理,通過該設計的實踐對ASIC和EDA的設計潛力有了更進一步的領悟.
上傳時間： 2013-05-21
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隨著星載電子系統(tǒng)復雜度、小型化需求的提高，SoC已經(jīng)成為應對未來星載電子系統(tǒng)設計需求的解決途徑。為了簡化設計流程并且提高部件的可重用性，在目前的SoC設計中引入了稱之為平臺的體系結構模板，用它來描述采用已有的標準核來開發(fā)SoC的方法。在星載電子系統(tǒng)中常用部件的分類設計，最終建立一個包括多種功能部件，互連部件和處理部件的設計平臺，從而有效的提高星載電子系統(tǒng)的設計能力。在當前NASA和ESA的空間應用中，PCI總線廣泛作為背板總線和局部總線，有鑒于此，本研究選擇PCI總線作為星載電子系統(tǒng)設計平臺要提供的一個互連部件對其進行設計。 針對這一需求，本論文采用自項向下的設計方法對PCI總線從設備控制器的設計與實現(xiàn)進行了研究，對PCI總線協(xié)議做了深刻的分析，完成了PCI總線目標設備控制器的設計，采用Verilog HDL對其進行了RTL級的描述。 在該課題的研究中，采用了目前集成電路設計中常見的自頂向下設計方法，使用硬件描述語言Verilog HDL對其進行描述，重點分析了PCI總線設備控制器的設計。以PCI總線協(xié)議的分析和理解為基礎，對PCI總線設備控制器進行了功能分析和結構劃分。根據(jù)PCI總線設備控制器的功能和結構劃分，對PCI總線目標設備控制器的設計思路和各個子模塊電路的設計和實現(xiàn)進行了詳細的分析闡述，并且通過編寫測試激勵程序完成了功能仿真。應用FPGA作為物理驗證和實現(xiàn)載體，進行了面向FPGA的電路綜合，進行了布局布線后的時序仿真，證明所實現(xiàn)的PCI目標設備控制器符合基本功能要求，在以上基礎上完成了PCI目標設備控制器的FPGA實現(xiàn)。通過這整個論文的工作，按照設計、仿真、綜合驗證及布局布線的步驟，完成了PCI總線目標設備控制器IP軟核的設計。
上傳時間： 2013-06-07
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在無線通信系統(tǒng)中,信號在傳輸過程中由于多徑效應和信道帶寬的有限性以及信道特性的不完善性導致不可避免地產(chǎn)生碼間串擾(Intersymbol Interference).為了克服碼間串擾所帶來的信號畸變,則必須在接收端增加均衡器,以補償信道特性,正確恢復發(fā)送序列.盲均衡器由于不需要訓練序列,僅利用接收信號的統(tǒng)計特性就能對信道特性進行均衡,消除碼間串擾,成為近年來通信領域研究的熱點課題.本課題采用已經(jīng)取得了很多研究成果的Bussgang類盲均衡算法,主要因為它的計算復雜度小,便于實時實現(xiàn),具有較好的性能.本文探討了以FPGA(Field Programmable Gates Array)為平臺,使用Verilog HDL(Hardware Description Language)語言設計并實現(xiàn)基于Bussgang類型算法的盲均衡器的硬件系統(tǒng).本文簡要介紹了Bussgang類型盲均衡算法中的判決引導LMS(DDLMS)和常模(CMA)兩種算法和FPGA設計流程.并詳細闡述了基于FPGA的信道盲均衡器的設計思想、設計結構和Verilog設計實現(xiàn),以及分別給出了各個模塊的結構框圖以及驗證結果.本課題所設計和實現(xiàn)的信道盲均衡器,為電子設計自動化(EDA)技術做了有益的探索性嘗試,對今后無線通信系統(tǒng)中的單芯片可編程系統(tǒng)(SOPC)的設計運用有著積極的借鑒意義.
上傳時間： 2013-07-25
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信息技術的不斷發(fā)展,對信息的安全提出了更高的要求.在應用公鑰密碼體制的時候,對密鑰長度要求越來越大,處理的速度要求越來越快.而基于橢圓曲線離散對數(shù)問題的橢圓曲線密碼體制,因其每比特最大的安全性,受到了越來越廣泛的注意.橢圓曲線密碼體制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速實現(xiàn)也成為一個關注的方面.該文按照確定有限域、選取曲線參數(shù)、劃分結構模塊、優(yōu)化模塊算法、實現(xiàn)模塊設計,驗證模塊功能的順序進行書寫.為了硬件實現(xiàn)上的方便,設計選擇了含有Ⅱ型優(yōu)化正規(guī)基的伽略域GF(2191),并在該域上構造了隨機的橢圓曲線.根據(jù)層次化、結構化的設計思路,將橢圓曲線上的標量乘法運算劃分成兩個運算層次:橢圓曲線上的運算和有限域上的運算.模塊劃分之后,利用自底向上的設計思路,主要針對有限域上的乘法運算進行了重要的改進,并對加法群中的標量乘運算的算法進行了分析、證明,以達到面積優(yōu)化和快速執(zhí)行的效果.具體設計中,采用硬件描述語言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平臺上進行電路設計.完成了各個模塊的設計輸入和仿真.設計選用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方軟件Quartus Ⅱ 2.2進行綜合、布局、布線和時序仿真.文中給出了橢圓曲線上的點加、倍點和標量乘法模塊的具體設計結構框圖.并且根據(jù)橢圓曲線的標量乘特點,提出了合適的驗證方案.該設計完成了橢圓曲線上的標量乘法運算.設計主要針對資源受限的應用環(huán)境:改進了有限域上的乘法運算、使用了沒有預處理的標量乘算法.改進后的橢圓曲線標量乘法需要2,741,998個邏輯單元,在100MHz的時鐘約束下,運行一次標量乘法運算需要567.69us.該次設計的結果可以直接用來構造橢圓曲線上的簽名、驗證、密鑰交換等算法.
上傳時間： 2013-05-24
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傅里葉變換是信號處理領域中較完善、應用較廣泛的一種分析手段.但傅里葉變換只是一種時域或頻域的分析方法,它要求信號具有統(tǒng)計平穩(wěn),即時不變的特性.但是實際應用中存在很多非平穩(wěn)信號,它們并不能很好的用傅立葉變換來處理.小波變換的出現(xiàn)解決了這個問題,它在處理非平穩(wěn)信號方面具有傅立葉變換無法比擬的優(yōu)越性.小波變換在通信技術、信號處理、地球物理、水利電力、醫(yī)療等領域中獲得了日益廣泛的應用.小波變換的研究成為了當今學術界的一個熱點.隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理朝著高速實時的方向發(fā)展,純軟件的程序式信號處理方法越來越不能滿足實際應用的需求,因此人們希望用硬件電路來實現(xiàn)高速信號處理問題.基于以上原因,該文在研究了小波變換的基本理論和特點的基礎上,重點研究了小波變換的VLSI電路構架,并用FPGA實現(xiàn)了它的功能.毫無疑問,該文所做的具體工作在理論和實踐上都有參考價值.論文中,在簡單介紹了小波變換的基本理論、特點和應用;對信號小波變換分解,重構的MATLAB算法進行了分析,為硬件實現(xiàn)奠定了理論基礎.論文在研究了小波核心算法MALLAT算法的基礎上,以直觀的圖形方式描述了算法的流程圖;并由此提出了基于VLSI的電路模塊架構.根據(jù)上述模塊結構,對相關模塊進行了硬件描述語言(verilog-hdl)的建模,并且在仿真平臺上(ACTIVE-HDL)進行了仿真.在仿真正確的前提下,該文選用了EP20K100BC356-1V芯片作為目標器件進行了綜合和后仿真,并且將仿真結果通過MATLAB與理論參數(shù)進行了比較,結果表明設計是正確的.對設計中存在的誤差和部分模塊的進一步優(yōu)化,該文也作了分析和說明,為下一步實現(xiàn)通用IP核設計奠定了基礎.
上傳時間： 2013-06-27
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隨著技術的飛速發(fā)展,電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大,數(shù)量日益增多,使得電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴重,給電力系統(tǒng)和各類用電設備帶來危害,輕則增加能耗,縮短設備使用壽命,重則造成用電事故,影響安全生產(chǎn).電力系統(tǒng)中的諧波問題早在20世紀20年代就引起了人們的注意.近年來,產(chǎn)生諧波的設備類型及數(shù)量均已劇增,并將繼續(xù)增長,諧波造成的危害也日趨嚴重.該論文分析比較了傳統(tǒng)測量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測量儀器的特性.分析了基于FFT的諧波測量方法,綜述了可編程元器件的發(fā)展過程、主要工藝發(fā)展及目前的應用情況,并介紹了一種主流硬件描述語言Verilog HDL的語法及其具體應用.分析了高速數(shù)字信號系統(tǒng)的信號完整性問題,提出了使用FPGA實現(xiàn)的整合處理器解決高速數(shù)字系統(tǒng)信號完整性問題的方法,并比較分析了各種主流的整合處理器解決方案的優(yōu)缺點.分析了使用實時操作系統(tǒng)進行復雜嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的優(yōu)缺點,并在該系統(tǒng)軟件開發(fā)中成功移植應用了實時操作系統(tǒng)UCOSII,改造了該操作系統(tǒng)中內存管理方式.研究了使用FPGA實現(xiàn)FFT算法的優(yōu)缺點,對比分析了主要硬件實現(xiàn)架構的性能和優(yōu)缺點,提出了一種基于浮點數(shù)的FFT算法FPGA實現(xiàn)架構,詳細設計了基于浮點數(shù)的硬件乘法器和加法器.該設計架構運行穩(wěn)定,計算速度快捷.并通過實際仿真驗證了該設計的正確性和優(yōu)越性.最終通過以上工作設計實現(xiàn)了一種新型的基于FPGA的諧波測量儀,該儀器的變送單元和采樣單元通過實際型式試驗檢驗,符合設計要求.該儀器的FPGA單元通過系統(tǒng)仿真,符合設計要求.
上傳時間： 2013-04-24
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Verilog HDL是一種硬件描述語言（HDL:Hardware Discription Language），是一種以文本形式來描述數(shù)字系統(tǒng)硬件的結構和行為的語言，用它可以表示邏輯電路圖、邏輯表達式，還可以表示數(shù)字邏輯系統(tǒng)所完成的邏輯功能。 Verilog HDL和VHDL是目前世界上最流行的兩種硬件描述語言，都是在20世紀80年代中期開發(fā)出來的。前者由Gateway Design Automation公司（該公司于1989年被Cadence公司收購）開發(fā)。該書本由淺入深的介紹了該技術的相關知識。推薦閱讀。
標簽： VerilogHDL 數(shù)字設計
上傳時間： 2013-05-30
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DFT(Discrete Fourier Transformation)是數(shù)字信號分析與處理如圖形、語音及圖像等領域的重要變換工具,直接計算DFT的計算量與變換區(qū)間長度N的平方成正比.當N較大時,因計算量太大,直接用DFT算法進行譜分析和喜好的實時處理是不切實際的.快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,簡稱FFT)使DFT運算效率提高1~2個數(shù)量級.本文的目的就是研究如何應用FPGA這種大規(guī)模可編程邏輯器件實現(xiàn)FFT的算法.本設計主要采用先進的基-4DIT算法研制一個具有實用價值的FFT實時硬件處理器.在FFT實時硬件處理器的設計實現(xiàn)過程中,利用遞歸結構以及成組浮點制運算方式,解決了蝶形計算、數(shù)據(jù)傳輸和存儲操作協(xié)調一致問題.合理地解決了位增長問題.同時,采用并行高密度乘法器和流水線(pipeline)工作方式,并將雙端口RAM、只讀ROM全部內置在FPGA芯片內部,使整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和處理速度得以很大提高,實際合理地解決了資源和速度之間相互制約的問題.本設計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設計,由于在設計中采用Xilinx公司提供的稱為Core的IP功能塊極大地提高了設計效率.
標簽： FPGA FFT 數(shù)字處理器 硬件實現(xiàn)
上傳時間： 2013-06-20
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直接數(shù)字合成(DDS)技術采用全數(shù)字的合成方法，所產(chǎn)生的信號具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、頻率切換時相位連續(xù)、輸出相位噪聲低和可以產(chǎn)生任意波形等諸多優(yōu)點。本文研究的是一種基于DDS/FPGA的多波形信號源系統(tǒng)，其中，DDS技術是其核心技術。DDS可以精確地控制合成信號的三個參量：幅度、相位以及頻率，因此利用DDS技術可以合成任意波形。但因其數(shù)字化合成的固有特點，使其輸出信號中存在大量雜散信號。雜散信號的主要來源是：相位截斷帶來的雜散信號；幅度量化帶來的雜散信號；DAC的非線性特性帶來的雜散信號。這些雜散信號嚴重影響了合成信號的頻譜純度。因此抑制這些雜散信號是提高合成信號譜質的關鍵。 本文在研究各種抑制DDS雜散技術的基礎上，提出了中和加擾技術，這可以在很大程度上減小雜散對DDS輸出信號譜質的影響。 EP1S808956C6是一款高性能的FPGA芯片，其超強的數(shù)據(jù)處理能力十分適合應用于DDS多波形信號源的開發(fā)。在QuartusⅡ平臺下運用Verilog HDL語言和原理圖設計可以很方便地應用各種抑制雜散信號的方法來提高輸出信號的譜質。 結合高速DDS技術和FPGA兩者的優(yōu)點，本文設計了一種基于DDS/FPGA的多波形信號源，它能完成正弦波、余弦波、三角波、鋸齒波、方波、AM、SSB、FM、2ASK、2FSK、π/4-QDPSK等多種信號。使得所設計的信號源可以適應多種不同的工作環(huán)境，給工作帶了方便。
上傳時間： 2013-07-27
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數(shù)字圖像的壓縮是解決圖像數(shù)據(jù)量大、存儲和傳輸困難的基本措施。圖像壓縮的方法很多，一般可分為有損壓縮和無損壓縮兩大類。有損壓縮允許一定程度的信息丟失，在滿足實際應用的條件下能夠取得較高的壓縮比；無損壓縮不允許信息丟失，但是壓縮比難以提高。在醫(yī)學圖像、遙感圖像等應用領域，對于圖像的壓縮比和失真度都有著較高要求，因此需要采用近無損壓縮的方法。近無損壓縮是有損壓縮和無損壓縮的一個折衷，允許一定的失真，能夠獲得高保真還原圖像的同時，得到比無損壓縮更高的壓縮比。 JPEG-LS是連續(xù)色調靜止圖像無損和近無損壓縮的國際標準，算法復雜度低，壓縮性能優(yōu)越，但是JPEG-LS對不同圖像壓縮時壓縮比不可控制。本文在研究JPEG-LS近無損圖像壓縮算法的基礎上，針對具體應用背景，提出了一種基于塊的近無損壓縮方法。進一步利用圖像局部紋理特性分析，對不同特性的區(qū)域容忍不同的信息丟失程度，實現(xiàn)了對圖像壓縮的碼率控制。針對某工程應用中的具體要求，我們以FPGA為平臺，采用Verilog HDL語言對改進算法進行了硬件實現(xiàn)。 實驗結果證明，這種基于塊的具有碼率控制的近無損圖像壓縮算法，在實現(xiàn)較為精確的碼率控制的同時，能夠獲得較高的還原圖像質量，而且硬件實現(xiàn)復雜度低，能夠滿足對圖像的實時壓縮要求。
上傳時間： 2013-06-18
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