《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣，內(nèi)容包括中央處理器、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、總線和輸入輸出系統(tǒng)等方面，學生在學習該課程時，普遍覺得內(nèi)容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統(tǒng)，學生通過實驗環(huán)節(jié)，可以進一步融會貫通學習內(nèi)容，掌握計算機各模塊的工作原理，相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的靈活性，降低實驗成本，我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現(xiàn)有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據(jù)用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯，F(xiàn)PGA芯片具有重復編程能力，使得系統(tǒng)內(nèi)硬件的功能可以像軟件一樣被編程，這種稱為“軟”硬件的全新系統(tǒng)設計概念，使實驗系統(tǒng)具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統(tǒng)性能的改進和擴充變得十分簡易和方便，而且使學生自己設計不同的實驗變?yōu)榭赡堋Ｓ嬎銠C組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU，但首先，學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作，以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此，我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺，然后在此基礎上開發(fā)出VHDL部件庫及主要邏輯功能，并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統(tǒng)，由于VHDL的高標準化和硬件描述能力，現(xiàn)代CPU的主要功能如計算，存儲，I/O操作等均可由VHDL來實現(xiàn)。同時設計實驗內(nèi)容，包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數(shù)據(jù)通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等，這些實驗形成一個相互關聯(lián)的系統(tǒng)。每個實驗先由教師講解原理及原理圖，學生根據(jù)教師提供的原理圖，自己用MAX+PLUSII完成電路輸入，學生實驗實際上是編寫VHDL，不需要寫得很復雜，只要能調(diào)用接口，然后將程序燒入平臺，這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上，又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺，即實驗系統(tǒng)的硬件組成。系統(tǒng)采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244，74LS275)組成。根據(jù)不同的實驗要求，規(guī)劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯，通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次，論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計，如何運用VHDL技術來依次實現(xiàn)CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言，自1987年獲得IEEE批準以來，經(jīng)過了1993年和2001年兩次修改，至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發(fā)商所采用，并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數(shù)字系統(tǒng)設計與研發(fā)領域，目前已成為電子業(yè)界普遍接受的一種硬件設計技術。再次，論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題，也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件，實驗內(nèi)容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術，才能掌握CPU的設計，運行原理。另外，本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能，因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環(huán)境下，基本上較為完整的實現(xiàn)了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上，進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究，為FPGA在實際系統(tǒng)中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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光斑質(zhì)心檢測系統(tǒng)是APT精跟蹤伺服系統(tǒng)的關鍵技術之一，目前的光斑檢測系統(tǒng)大多是基于PC機的，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。在總結各種檢測算法的基礎上，本文提出了基于FPGA的圖像處理算法，實現(xiàn)了激光光斑中心的高速實時檢測。 文中主要采用3×3窗口模塊和自適應閾值模塊，先對CCD輸入數(shù)據(jù)進行處理，判斷光斑的范圍，然后再運用光斑的質(zhì)心算法對光斑所占的像元進行運算，得出光斑位置的脫靶量，最后用VGA格式將圖像顯示在LCD上。本文達到了的3000幀/s的脫靶量幀速，精度為2urad的技術指標，實現(xiàn)了高速率、高精度的精跟蹤要求。
標簽： 實時圖像采集 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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本文設計和實現(xiàn)了基于FPGA的數(shù)字下變頻器DDC，用于寬帶數(shù)字中頻軟件無線電接收機中。采用自上向下的模塊化設計方法，將DDC的功能劃分為基本單元，實現(xiàn)這些功能模塊并組成模塊庫。在具體應用時，優(yōu)化配置各個模塊來滿足具體無線通信系統(tǒng)性能的要求。這樣做比傳統(tǒng)ASIC數(shù)字下變頻器具有更好的可編程性和靈活性，從而滿足不同的工程設計需求。 首先闡述了軟件無線電中關鍵的數(shù)字信號處理技術，包括中頻處理中的下變頻技術、抽取技術以及帶通采樣技術。利用MATLAB的Simulink完成了對系統(tǒng)的設計與仿真，驗證了設計的正確性。之后用QuartusII進行了基于FPGA抽取濾波器和NCO等關鍵模塊的設計，編譯后進行了時序仿真，最后在PCB板上實現(xiàn)了實際電路并應用于工程項目中。
標簽： FPGA 數(shù)字下變頻
上傳時間： 2013-08-05
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軟件無線電技術自20世紀90年代提出以后，在許多通信系統(tǒng)中得到了廣泛應用。本文研究了一種軟件無線電數(shù)字通信系統(tǒng)方案的設計，并著重研究了其中中頻處理單元的設計和實現(xiàn)。針對實際應用，本文提出了一個基于FPGA和DSP的軟件無線電中頻/基帶數(shù)字化處理系統(tǒng)的設計方案。該系統(tǒng)的特點是所有的中頻信號處理算法全部由軟件實現(xiàn)，它主要包括高速A/D、超大規(guī)模FPGA芯片、高速DSP芯片和外部存儲器等，其中超大規(guī)模FPGA芯片和高速的DSP芯片是系統(tǒng)的核心。DSP芯片采用的是TI公司的C6416，F(xiàn)PGA芯片采用的是Xilinx公司的XC2V2000FG676，既兼顧速度和靈活性，又具有較強的通用性。 本文根據(jù)“基于FPGA的中頻數(shù)字化處理平臺的建立及若干關鍵算法的實現(xiàn)”研究課題，主要完成了軟件無線電通信系統(tǒng)中頻數(shù)字化若干關鍵算法實現(xiàn)的任務，具體包括通用數(shù)字中頻板的設計、中頻板上FPGA和DSP、D/A的接口設計、各種數(shù)字通信關鍵技術（數(shù)字上/下變頻、調(diào)制解調(diào)、信道編譯碼、交織解交織等）的FPGA實現(xiàn)。本文研究的系統(tǒng)分別在Matlab、ISE、Modelsim、Visual DSP++、ChipScope Pro等軟件中進行了仿真和驗證，并已交付使用。結果表明，本文提出的方案正確可行，達到了預定要求。本文的工作對其它軟件無線電系統(tǒng)的實現(xiàn)也具有較大的參考價值。
標簽： FPGA 中頻數(shù)字化 關鍵算法
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字圖像處理的應用領域不斷擴大，實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經(jīng)濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心，并實現(xiàn)了PCI接口的圖像采集壓縮系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用了自頂向下的設計方案，先把系統(tǒng)分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對專用視頻轉換器SAA7111A進行控制，因為SAA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對SAA7111A的控制，并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數(shù)據(jù)模塊、總線管理模塊等，實現(xiàn)把標準的模擬視頻信號轉換成數(shù)字視頻信號并采集的功能。 其次，在了解PCI規(guī)范的前提下，深入地分析了PCI時序和地址配置空間等，設計了簡化邏輯的狀態(tài)機，并用VHDL硬件描述語言設計了程序，完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內(nèi)部的實現(xiàn)，達到了一33MHz、32位數(shù)據(jù)寬度、支持猝發(fā)傳輸?shù)腜CI從設備模塊的接口功能，與傳統(tǒng)的使用PCI專用接口芯片來實現(xiàn)的PCI接口比較來看，更加節(jié)約了系統(tǒng)的邏輯資源，降低了成本，增加了設計的靈活性。 再次，設計了WINDOWS下對PCI接口的驅動程序。驅動程序可以選擇不同的方法來完成，當然每個方法都有自己的特點，對幾種主要設計驅動程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統(tǒng)端口和內(nèi)存映射的設計、中斷服務的設計等，用VC++語言編寫了驅動程序。 最后，考慮到增加系統(tǒng)的實用性和完備性，還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統(tǒng)完成后，再額外地把采集來的視頻數(shù)據(jù)通過另一路數(shù)據(jù)通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統(tǒng)中，這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的，同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口，使壓縮后的數(shù)據(jù)存儲到硬盤中。
上傳時間： 2013-06-01
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隨著數(shù)字電視技術的飛速發(fā)展，數(shù)字機頂盒已成為現(xiàn)在模擬電視收看數(shù)字電視節(jié)目必不可少的設備。而數(shù)字機頂盒需要在解碼后的模擬視頻信號上加入屏幕顯示信息(如亮度、色度、信息服務菜單等)以提供給觀眾良好的界面和靈活的人機交互。 v屏幕顯示系統(tǒng)(OSG，On-Screen-Graphics)解決了現(xiàn)有模擬電視無法實現(xiàn)的疊加屏幕顯示信息的問題，提供同步輸出疊加有各種圖形、文字的電視節(jié)目圖像的功能，其中最主要的部分是OSD(On-Screen-Display)，即屏幕顯示單元。OSD將疊加的位圖圖像分為多個OSD塊，一般定義為矩形區(qū)域。每個矩形區(qū)域，例如臺標、參數(shù)調(diào)節(jié)框、字幕等，都有獨立的4色、16色或256色顏色查找表。同時OSG系統(tǒng)也支持真彩模式。OSD塊經(jīng)由編碼/混合器與視頻圖像進行alpha混合后輸出到電視屏幕上。 本文詳細介紹了應用FPGA設計包括屏幕顯示單元在內(nèi)的OSG系統(tǒng)的思路和設計過程，描述了模塊的劃分與功能仿真。在論文前半部分，本文給出了圖文屏幕顯示系統(tǒng)各子單元的工作流程，接著論文的后半部分，給出了詳細的模塊接口說明和硬件實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-07-27
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本文完成了一種高速高性能數(shù)字脈沖壓縮處理器的設計和FPGA實現(xiàn)，包括系統(tǒng)架構設計、方案論證及仿真、算法實現(xiàn)、結果的測試等。 緒論部分首先闡明了本課題研究的背景和意義，概述了雷達數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容，關鍵技術及其發(fā)展趨勢，然后介紹了數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的要求，最后給出了本文的主要研究內(nèi)容。 第二章敘述了線性調(diào)頻信號脈沖壓縮的基本原理，對系統(tǒng)設計的實現(xiàn)方法進行了實時性方面的論證，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章從數(shù)字系統(tǒng)結構化設計方面將本系統(tǒng)劃分為三個部分：輸入部分、脈壓計算部分、輸出部分，并在流程圖中對各部分所要實現(xiàn)的功能做了介紹。 第四章首先總結了數(shù)字脈沖壓縮的實現(xiàn)途徑；提出了基于自定制浮點數(shù)據(jù)格式和分時復用蝶型結構的數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)設計思想，對其關鍵技術進行了深入的研究。 第五章對輸入輸出模塊的功能做了詳細的描述，設計了具體的結構和電路。 第六章針對系統(tǒng)的測試驗證，提出面向SOC的模塊驗證和系統(tǒng)軟硬協(xié)同驗證的驗證策略。通過Link for Modelsim工具，實現(xiàn)MATAB與Modelsim之間對VHDL代碼的聯(lián)合仿真測試，通過在線邏輯分析工具ChipScope，完成系統(tǒng)的片上測試，并分析系統(tǒng)的性能，證明系統(tǒng)的可實用性。滿足設計的要求。 本文研制的數(shù)字脈沖壓縮處理器具有動態(tài)范圍大、處理精度高、處理能力強、體積小、重量輕、實時性好的優(yōu)點，為設計高性能的現(xiàn)代雷達信號處理系統(tǒng)提供了可靠的保證。
標簽： 線性調(diào)頻信號 脈沖壓縮
上傳時間： 2013-07-01
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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)具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農(nóng)定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，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)異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復雜度大，導致其譯碼延時大，故而在工程中的應用受到一定限制，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器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現(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。所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為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，可支持8.2Mbps的編譯碼數(shù)掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統(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)測試結果表明，本文所實現(xiàn)的并行Turbo編譯碼器及其開發(fā)板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現(xiàn)相關技術。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設計與實現(xiàn)，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構，使用SOC架構處理系統(tǒng)和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統(tǒng)的架構。第四章介紹了FPGA系統(tǒng)開發(fā)板設計與調(diào)試的一些工作。最后一章為本文總結及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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8051處理器自誕生起近30年來，一直都是嵌入式應用的主流處理器，不同規(guī)模的805l處理器涵蓋了從低成本到高性能、從低密度到高密度的產(chǎn)品。該處理器極具靈活性，可讓開發(fā)者自行定義部分指令，量身訂制所需的功能模塊和外設接口，而且有標準版和經(jīng)濟版等多種版本可供選擇，可讓設計人員各取所需，實現(xiàn)更高性價比的結構。如此多的優(yōu)越性使得8051處理器牢固地占據(jù)著龐大的應用市場，因此研究和發(fā)展8051及與其兼容的接口具有極大的應用前景。在眾多8051的外設接口中，I2C總線接口扮演著重要的角色。通用的12C接口器件，如帶12C總線的RAM，ROM，AD／DA，LCD驅動器等，越來越多地應用于計算機及自動控制系統(tǒng)中。因此，本論文的根本目的就是針對如何在8051內(nèi)核上擴展I2C外設接口進行較深入的研究。 本課題項目采用可編程技術來開發(fā)805l核以及12C接口。由于8051內(nèi)核指令集相容，我們能借助在現(xiàn)有架構方面的經(jīng)驗，發(fā)揮現(xiàn)有的大量代碼和工具的優(yōu)勢，較快地完成設計。在8051核模塊里，我們主要實現(xiàn)中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時／計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等七大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，這些都是標準8051核所具有的模塊。在其之上我們再嵌入12C的串行通信模塊，采用自下而上的方法，逐次實現(xiàn)一位的收發(fā)、一個字節(jié)的收發(fā)、一個命令的收發(fā)，直至實現(xiàn)I2C的整個通信協(xié)議。 8051核及I2C總線的研究通過可編程邏輯器件和一塊外圍I2C從設備TMPl01來驗證。本課題的最終目的是可編程邏輯器件實現(xiàn)的8051核成功并高效地控制擴展的12C接口與從設備TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片開發(fā)的12C接口，數(shù)據(jù)的傳輸速率由該芯片嵌入8051微處理的時鐘頻率決定。經(jīng)測試其傳輸速率可達普通速率和快速速率。 目前集成了該12C接口的8051核已經(jīng)在工作中投入使用，主要用于POS設備的用戶數(shù)據(jù)加密及對設備溫度的實時控制。雖然該設備尚未大批量投產(chǎn)，但它已成功通過PCI(PaymentCardIndustry)協(xié)會認證。
上傳時間： 2013-06-18
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本論文來自于863項目基于光互連自組織內(nèi)存服務體系(簡稱MemoryBox)。本文主要研究Memory Box系統(tǒng)中基于可重配置計算架構，軟硬件攜同設計方法，在XILINX VIRTEX 2 Pro FPGA上設計實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)是Memory Box工作的平臺，所以硬件應具有良好的擴展性、靈活性，軟件應具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。在硬件平臺選型時，我們選擇的是基于高性能Xilinx VIRTEX2 Pro的自制開發(fā)板。嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)平臺選用的是Xilinx EDK、ISE。內(nèi)核移植所用的交叉開發(fā)工具鏈為powerpc-405-linux-gnu。該交叉開發(fā)工具鏈工作在Red Hat Enterprise LINUX．AS 4平臺下。 本論文主要包括三部分工作：首先是硬件設計，其核心是EDK和ISE設計的SOPC工程；然后是嵌入式LINUX內(nèi)核移植與調(diào)試；最后完成存儲管理軟件的設計。完全用硬件實現(xiàn)系統(tǒng)要求的各種存儲管理功能極其困難。而通過移植內(nèi)核，存儲管理軟件以運行在Linux內(nèi)核上的應用軟件的形式實現(xiàn)了其功能。存儲管理軟件要解決共享沖突，負載均衡，遠程內(nèi)存與本地內(nèi)存的地址一致性以及對海量內(nèi)存陣列的重新編址等問題，設計出較完善的Memory Box的存儲管理模型。
標簽： FPGA 嵌入式系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-11
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