本課題是在課題組已實現(xiàn)的高速串行通信平臺的基礎上，進一步引伸，設計開源的PCI軟核通信模塊替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在從模式下，做到占用資源更少，傳輸速度更快，也為以后實現(xiàn)更完整的功能提供平臺。 本文以此為背景，基于FPGA平臺，搭建以開源的PCI軟核為核心的串行通信接口平臺，使其成為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁，使用戶邏輯避開與復雜的PCI總線協(xié)議。本課題采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板作為串行通信接口的硬件實驗平臺，實現(xiàn)了支持配置讀/寫交易、單數(shù)據(jù)段讀/寫、突發(fā)模式讀/寫、命令/地址譯碼功能和數(shù)據(jù)傳送錯誤檢測與處理功能的PCI軟核。 本文主要闡述了以PCI軟核為核心的串行通信平臺的實現(xiàn)，首先介紹了PCI軟核的編程語言、軟件工具和硬件實驗平臺Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板。然后，介紹了PCI總線命令、PCI軟核所支持的功能、PCI軟核兩側信號的定義、PCI軟核配置模塊以及探討了PCI軟核的狀態(tài)機接收、發(fā)送數(shù)據(jù)等過程，分析了PCI軟核的數(shù)據(jù)收發(fā)功能仿真，主要包括配置讀/寫交易、單數(shù)據(jù)段模式讀/寫和突發(fā)模式讀/寫的仿真圖形，并闡述了管腳約束的操作流程。最后介紹PCI軟核模塊的WDM驅動，內容包括驅動程序簡介、驅動程序的開發(fā)、中斷處理、驅動程序與應用程序之間的通信以及應用程序操作。最后，對PCI軟核的各種性能進行了比較分析。整個模塊設計緊湊，完成在實驗平臺上的數(shù)據(jù)發(fā)送。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL，在開發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統(tǒng)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PCI軟核編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。之后，將FPGA設計下載到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系統(tǒng)開發(fā)板中運行。 文章最后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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隨著計算機及其外圍設備的發(fā)展，傳統(tǒng)的并行接口和串行接口在靈活性和接口擴展等方面存在的缺陷愈來愈不可回避，并逐漸成為計算機通信的瓶頸。在這種情況下，通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)誕生了。USB由于具有傳輸速率高、價格便宜、使用方便、靈活性高、支持熱插拔、接口標準化和易于擴展等優(yōu)點，目前已經(jīng)成為計算機外設接口的主流技術，在計算機外圍設備和消費類電子領域正獲得越來越多的應用。 @@ 本文基于USB2．0協(xié)議規(guī)范，設計了一款支持高速和全速傳輸?shù)腢SB2．0設備控制器IP核。文中著重介紹了這款設備控制器IP核的設計和FPGA驗證工作，詳細研究并分析了USB2．0規(guī)范，根據(jù)規(guī)范提出了一種USB2．0設備控制器整體構架方案，描述了各個功能子模塊硬件電路的功能及實現(xiàn)。從可重用的角度出發(fā)，對設備控制器模塊進行優(yōu)化設計，增加多個靈活的配置選項，根據(jù)不同的應用對硬件進行配置，使其在滿足要求的情況下去除冗余電路，以減少占用面積和功耗，從而使其靈活地應用于各種USB系統(tǒng)。本文還研究了IP核的驗證方法，并對所設計的USB2．0設備控制器建立了功能完備的ModelSim仿真驗證環(huán)境，搭建了FPGA硬件驗證平臺，設計了具有AHB接口的設備控制器和帶有8051的設備控制器，并分別在FPGA平臺上進行了功能驗證。 @@ 本文所設計的USB2．0設備控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端點的個數(shù)以及每個端點類型等，可以集成于多種USB系統(tǒng)中，適于各類USB設備的開發(fā)。本課題所取得的成果為USB2．0設備類的研究和開發(fā)積累了經(jīng)驗，并為后來實驗室某項目測試芯片的USB數(shù)據(jù)采集提供了參考方案，也為未來USB3．0接口IP核的開發(fā)和應用奠定了基礎。 @@關鍵詞USB2．0控制器；IP核；FPGA；驗證
上傳時間： 2013-06-30
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當前，片上系統(tǒng)(SOC)已成為系統(tǒng)實現(xiàn)的主流技術。流片風險與費用增加、上市時間壓力加大、產(chǎn)品功能愈加復雜等因素使得SOC產(chǎn)業(yè)逐漸劃分為IP提供者、SOC設計服務者和芯片集成者三個層次。SOC設計已走向基于IP集成的平臺設計階段，經(jīng)過嚴格驗證質量可靠的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測試系統(tǒng)的核心，在測試領域應用廣泛。本人通過查閱大量的技術資料，分析了集成電路在國內外發(fā)展的最新動態(tài)，提出了基于FPGA的自主知識產(chǎn)權的GPIB控制器IP核的設計和實現(xiàn)。 本文首先討論了基于FPGA的GPIB控制器的背景意義，接著對FPGA開發(fā)所具備的基本知識作了簡要介紹。文中對GPIB總線進行了簡單的描述，根據(jù)芯片設計的主要思想，重點在于論述怎樣用FPGA來實現(xiàn)IEEE-488.2協(xié)議，并詳細闡述了GPIB控制器的十種接口功能及其狀態(tài)機的IP核實現(xiàn)。同時，對數(shù)據(jù)通路也進行了較為細致的說明。在設計的時候采用基于模塊化設計思想，用VerilogHDL語言完成各模塊功能描述，通過Synplifv軟件的綜合，用Modelsim對設計進行了前、后仿真。最后利用生成的模塊符號采取類似畫電路圖的方法完成整個系統(tǒng)芯片的lP軟核設計，并用EDA工具下載到了FPGA上。 為了更好地驗證設計思想，借助EDA工具對GPIB控制器的工作狀態(tài)進行了軟件仿真，給出仿真結果，仿真波形驗證了GPIB控制器的工作符合預想。最后，本文對基于FPGA的GPIB控制器的IP核設計過程進行了總結，展望了當前GPIB控制器設計的發(fā)展趨勢，指出了開展進一步研究需要做的工作。
上傳時間： 2013-06-12
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當前，隨著電子技術的飛速發(fā)展，智能化系統(tǒng)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量日益增大，要求數(shù)據(jù)傳送的速度也越來越快，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式已無法滿足目前的要求。在此前提下，采用高速數(shù)據(jù)傳輸技術成為必然，DMA(直接存儲器訪問)技術就是較理想的解決方案之一，能夠滿足信息處理實時性和準確性的要求。 本文以EDA工具、硬件描述語言和可編程邏輯器件(FPGA)為技術支撐，設計DMA控制器的總體結構。在通道檢測模塊中，解決了信號抗干擾和請求信號撤銷問題，并提出并行通道檢測算法；在優(yōu)先級管理模塊中提出了動態(tài)優(yōu)先級端口響應機制；在傳輸模塊中采用狀態(tài)機的設計思想設計多個通道的數(shù)據(jù)傳輸。通過各模塊問題的解決及新方法的采用，最終設計出基于FPGA的多通道DMA控制器的IP軟核。實驗仿真結果表明，本控制器傳輸速度較快，主頻達100MHz以上，且工作穩(wěn)定。
上傳時間： 2013-05-16
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單片微型計算機(單片機)是將微處理器CPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、輸入/輸出并行接口等集成在一起。由于單片機具有專門為嵌入式系統(tǒng)設計的體系結構與指令系統(tǒng)，所以它最能滿足嵌入式系統(tǒng)的應用要求。Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機是我國目前應用最廣的單片機之一。 隨著可編程邏輯器件設計技術的發(fā)展，每個邏輯器件中門電路的數(shù)量越來越多，一個邏輯器件就可以完成本來要由很多分立邏輯器件和存儲芯片完成的功能。這樣做減少了系統(tǒng)的功耗和成本，提高了性能和可靠性。FPGA就是目前最受歡迎的可編程邏輯器件之一。IP核是將一些在數(shù)字電路中常用但比較復雜的功能塊，設計成可修改參數(shù)的模塊，讓其他用戶可以直接調用這些模塊，這樣就大大減輕了工程師的負擔，避免重復勞動。隨著FPGA的規(guī)模越來越大，設計越來越復雜，使用IP核是一個發(fā)展趨勢。 本課題結合FPGA與8051單片機的優(yōu)點，主要針對以下三個方面研究： (1)FPGA開發(fā)平臺的硬件實現(xiàn)選用Xilinx公司的XC3S500E-PQ208-4-C作為核心器件，采用Intel公司的EEPROM芯片2816A和SRAM芯片6116作為片內程序存儲器，搭建FPGA的硬件開發(fā)平臺。 (2)用VHDL語言實現(xiàn)8051IP核分析研究8051系列單片機內部各模塊結構以及各部分的連接關系，實現(xiàn)了基于FPGA的8051IP核。主要包括如下幾個模塊：CPU模塊、片內數(shù)據(jù)存儲器模塊、定時/計數(shù)器模塊、并行端口模塊、串行端口模塊、中斷處理模塊、同步復位模塊等。 (3)基于FPGA的8051IP核應用用所設計的8051IP核，實現(xiàn)了對一個4×4鍵盤的監(jiān)測掃描、鍵盤確認、按鍵識別等應用。
上傳時間： 2013-06-21
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USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是當今消費電子產(chǎn)品和儀器設備中應用最廣的接口協(xié)議之一，然而目前國內的USB芯片只有極少數(shù)幾款，產(chǎn)品研究善處于起步階段，絕大部分產(chǎn)品主要由國外的IC設計芯片廠商如Cypress、NEC等一些國際著名公司提供。因而，如果能夠自主開發(fā)設計USB芯片以替代國外同類產(chǎn)品，將會有很好的市場前景和利潤空間。 本論文課題是針對基于FPGA(FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場可編程門陣列器件)的數(shù)字電子產(chǎn)品應用設計一種實際可復用的USB接口引擎軟核。該軟核主要是用于處理USB標準協(xié)議包的通信處理，通過外接MCU(MultipointControlUnit，微控制器)就可以實現(xiàn)完整的USB接口通訊功能。它的功能相當于一些USB引擎的專用芯片如：Philips的PDIUSBD12等，其優(yōu)點是結構簡單、靈活性高、復用設計方便。 功能仿真和綜合測試結果顯示本論文所設計的接口引擎軟核符合設計要求，并且軟核的性能和市場上同類產(chǎn)品基本一致。本論文的創(chuàng)新之處在于：1、從可配置性角度出發(fā)設計了低速、全速、高速三種可選模式；2、支持最多31個可配置端點；3、采用了可綜合、可移植的RTL(RegisterTransferLevel，寄存器傳輸級)代碼設計規(guī)則，同時也開發(fā)了可綜合的驗證測試代碼；4、完全由硬件實現(xiàn)USB通信功能。
上傳時間： 2013-07-18
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離散余弦變換(DCT)及其反變換(IDCT)在圖像編解碼方面應用十分廣泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等國際標準所采用。由于其計算量較大，軟件實現(xiàn)往往難以滿足實時處理的要求，因而在很多實際應用中需要采用硬件設計的DCT/IDCT處理電路來滿足我們對處理速度的要求。本文所研究的內容就是針對圖像處理應用的8×8二維DCT/IDCT處理核的硬件實現(xiàn)。 本文首先介紹了DCT和IDCT在圖像處理中的作用和原理，詳細說明了DCT變換實現(xiàn)圖像壓縮的過程，并與其它變換比較說明了用DCT變換實現(xiàn)圖像壓縮的優(yōu)勢。接著，分析研究了DCT的各種快速算法，總結了前人對DCT快速算法及其實現(xiàn)所做的研究。本文給出了兩種性能、資源上有一定差異的二維DCT/IDCT的FPGA設計方案。兩種方案均利用DCT的行列分離特性，采用流水線設計技術，將二維DCT/IDCT實現(xiàn)轉化為兩個一維DCT/IDCT實現(xiàn)。在一維DCT/IDCT設計中，根據(jù)圖像處理的特點對Loeffler算法的數(shù)據(jù)流進行了優(yōu)化，通過合理安排時鐘周期數(shù)和簡化各周期內的操作，大大縮短了關鍵路徑的執(zhí)行時間，從而提高了流水線的執(zhí)行速度。最后，對所設計的DCT/IDCT處理核進行了綜合和時序仿真。 結果表明，當使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件時，本文設計的方案一能夠在116M時鐘頻率下正確完成8×8的二維DCT或IDCT的邏輯運算，消耗2827個邏輯單元；方案二能夠在74M時鐘頻率下正常工作，消耗1629個邏輯單元。
上傳時間： 2013-07-14
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本文介紹了一個基于CPLD／FPGA的嵌入式IP核設計。論文在闡述可編程邏輯器件及其發(fā)展趨勢的基礎上，探討了知識產(chǎn)權復用理念，MCU的復雜化設計以及數(shù)字信號傳輸與處理的速度要求。結合國內外對CPLD／FPGA的使用現(xiàn)狀，引出了在CPLD／FPGA上開發(fā)嵌入式模塊程序的理念并提出了設計實現(xiàn)方法和設計實例。課題的設計目標為開發(fā)一個基于CPLD／FPGA的USBIP模塊，實現(xiàn)開發(fā)板與PC機之間的USB通信。設計過程首先進行硬件設計，在FPGA開發(fā)板上開發(fā)擴展板；其次用ISE開發(fā)軟件進行FPGA數(shù)字化設計；在軟件開發(fā)完成后，將配置生成的比特流文件通過JTAG電纜下載到FPGA開發(fā)板上，實現(xiàn)FPGA開發(fā)板與PC機之間的通信。 該設計具有很高的實用性，它進一步擴大了可編程芯片的領地，將復雜專有芯片擠向高端和超復雜應用；它使得IP資源復用理念得到更普遍的應用；為基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計提供了廣闊的思路。
上傳時間： 2013-07-05
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大多數(shù)現(xiàn)在的PCL打印機驅動程序都是將需要打印的文件(包括圖形或者文本)處理成JPEG文件發(fā)送到打印機進行打印，因為這樣一方面可以減少發(fā)送給打印機的數(shù)據(jù)量，一方面可以極大的簡化驅動程序的開發(fā)。而在打印機內部，這些JPEG文件又被解碼成BMP文件進行進一步的處理。采用這種方式工作的打印機JPEG解碼的工作占據(jù)了其CPU時間的一半以上，所以JPEG文件解碼引擎是打印機的核心之一，提高JPEG的解碼速度對于提高打印機的處理能力至關重要。 同時，JPEG文件解碼工作是一個計算密集型的作業(yè)，主要有兩個辦法提高它的速度：一個是設計更高效的算法，一個是采用性能更加強勁的CPU設備。在單核CPU的嵌入式環(huán)境中，JPEG編解碼速度已經(jīng)幾乎到了極限，難有提升的空間，然而近兩年多核嵌入式芯片的出現(xiàn)，為大幅度提升它的性能提供了可能。 本文基于嵌入式的Linux平臺，采用ARM11 MPCore4核處理器，針對PCL，XL打印機控制語言的JPEG文件解碼設計和實現(xiàn)了一個高速引擎，主要內容為： 分析和解碼PCL，XL文件，提取出其中的JPEG文件。 對JPEG文件實現(xiàn)并行化解碼，在多個處理器核上并行處理，并針對多核處理器構架進行內存讀取等方面的優(yōu)化。 針對多核處理器的特點和優(yōu)勢，設計和實現(xiàn)多線程調度算法。 總結和提取數(shù)據(jù)，分析多核處理器相對于單核處理器的性能提升。 另外，為便于讀者理解，文中簡要介紹了ARM(SIMD)指令集，嵌入式匯編以及與硬件相關的一些概念。
上傳時間： 2013-06-16
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核地球物理勘探是集核探測技術、電子技術、計算機技術為一體，能夠快速、準確地分析出核素的相關信息及參數(shù)的一門綜合性很強的學科。目前己廣泛應用于鈾礦勘探、地質填圖、油氣勘測以及尋找各種金屬和非金屬礦產(chǎn)等諸多領域。其中核地球物理數(shù)據(jù)的采集和處理是核地球物理勘探研究的重要課題之一，它將直接對測量結果產(chǎn)生影響。 本系統(tǒng)設計是架構在基于ARM7TDMI核的16/32位處理器S3C44BOX的硬件基礎上，移植了嵌入式μCLinux操作系統(tǒng)、JFFS2文件系統(tǒng)、以及MiniGUI圖形開發(fā)庫。通過利用S3C44BOX處理器快速的運算速度、豐富的外圍設備和嵌入式μCLinux操作系統(tǒng)及其豐富的軟件資源，編寫了系統(tǒng)引導代碼、集成了LCD、MCA硬件設備的驅動程序、開發(fā)了GPS、GPRS應用程序。本論文研究成果主要有： 1.研制了基于高端的16/32位ARM7TDMI處理器S3C44BOX為控制核心、外圍電路帶有LCD顯示以及時鐘和存儲電路的核數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行在60MHz頻率，無需上位機，用戶就可與之進行交互工作，能夠獨立完成能譜數(shù)據(jù)的采集、分析、存儲等功能。系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價比等特點。 2.實現(xiàn)了嵌入式μCLinux操作系統(tǒng)在采集系統(tǒng)上的移植。隨著嵌入式系統(tǒng)的迅速發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)在核儀器研制中的應用不僅能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且通過充分利用Linux豐富的軟件資源，能夠快速的完成系統(tǒng)的定制和開發(fā)，構建復雜的軟件系統(tǒng)。 3.實現(xiàn)了基于μCLinux的JFFS2嵌入式文件系統(tǒng)的移植，安全可靠的管理了系統(tǒng)引導代碼、＃CLinux操作系統(tǒng)內核映象文件、譜處理程序和數(shù)據(jù)等。 4.初步實現(xiàn)了GPS定位、GPRS數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)墓δ堋?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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