數據采集系統是信號與信息處理系統中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統中的核心模塊，在現代雷達系統以及無線基站系統中的應用越來越廣泛。為了能夠滿足目前對軟件無線電接收機自適應性及靈活性的要求，并充分體現在高性能FPGA平臺上設計SOC系統的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數據采集系統設計方案及實現方法。其中FPGA作為本系統的控制核心和傳輸橋梁，發揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統中全部數字電路部分的設計，并且使系統具有了較高的可適應性、可擴展性和可調試性。 在時序數字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環PLL、觸發器，緩沖器FIFO、計數器等，能夠方便的完成對系統輸入輸出時鐘的精確控制以及根據系統需要對各處時序延時進行修正。 在存儲器設計上，采用FPGA片內存儲器。可根據系統需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數據格式的合并、拆分以及數據傳輸率的調整。 在傳輸接口設計上，采用并行接口和PCI總線接口的兩種數據傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統工作過程控制上，通過VB程序編寫了應用于PC端的上層控制軟件。并通過并行接口實現了PC和FPGA之間的交互，從而能夠方便的在PC機上完成對系統工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統調試方面，充分利用QuartuslI軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTaplI，實時準確的驗證了在系統整個傳輸過程中數據的正確性和時序性，并極大的降低了用常規儀器觀測FPGA中眾多待測引腳的難度。 本文第四章針對FPGA中各功能模塊的邏輯設計進行了詳細分析，并對每個模塊都給出了精確的仿真結果。同時，文中還在其它章節詳細介紹了系統的硬件電路設計、并行接口設計、PCI接口設計、PC端控制軟件設計以及用于調試過程中的SignalTapⅡ嵌入式邏輯分析儀的使用方法，并且也對系統的仿真結果和測試結果給出了分析及討論。最后還附上了系統的PCB版圖、FPGA邏輯設計圖、實物圖及注釋詳細的相關源程序清單。
上傳時間： 2013-06-09
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隨著科學技術的發展，指紋識別技術被廣泛應用到各種不同的領域。對于一般的指紋識別系統，其設計要求具有很高的實時性和易用性，因此識別算法應該具有較低的復雜度，較快的運算速度，從而滿足實時性的要求。所以有必要根據不同的識別算法采用不同的實現平臺，使得指紋識別系統具有較高的可靠性、實時性、有效性等性能要求。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入到FPGA內部，與用戶自定義邏輯組建成一個基于FPGA的片上專用系統。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網絡技術、數據庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統架構方案。對指紋識別技術中各個環節的算法和原理進行了深入研究，合理的改進了部分指紋識別算法；同時為了提高系統的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現指紋圖像處理主要算法。論文主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、特征提取和特征匹配算法原理進行闡述，同時改進了指紋圖像的細化算法，提高了算法的性能，并設計了一套實用的指紋特征數據結構； 2、針對指紋圖像預處理模塊，包括圖像的歸一化、頻率提取、方向提取以及方向濾波，采用基于FPGA的硬件電路的方式實現。實驗結果表明，在保證系統誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統的執行速度； 3、改變了傳統的單枚指紋識別方法，提出采用多枚指紋唯一標識身份，大大降低了識別系統的誤識率； 4、改進了傳統的基于三角形匹配中獲取基準點的方法，同時結合可變界限盒思想進行指紋特征匹配。 5、結合COM+技術、數據庫技術和網絡技術，開發了后臺指紋特征匹配服務系統，實現了嵌入式指紋識別系統同數據庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優勢，擁有廣闊的發展前景。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著人們對無線通信需求和質量的要求越來越高，無線通信設備的研發也變得越來越復雜，系統測試在整個設備研發過程中所占的比重也越來越大。為了能夠盡快縮短研發周期，測試人員需要在實驗室模擬出無線信道的各種傳播特性，以便對所設計的系統進行調試與測試。無線信道仿真器是進行無線通信系統硬件調試與測試不可或缺的儀器之一。 本文設計的無線信道仿真器是以Clarke信道模型為參考，采用基于Jakes模型的改進算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模擬實現了頻率選擇性衰落信道。信道仿真器實現了四根天線數據的上行接收，每根天線由八條可分辨路徑，每條可分辨路徑由64個反射體構成，每根天線可分辨路徑和反射體的數目可以獨立配置。通過對每個反射體初始角度和初始相位的設置，并且保證反射體的角度和相位是均勻分布的隨機數，可以使得同一條路徑不同反射體之間的非相關特性，得到的多徑傳播信道是一個離散的廣義平穩非相關散射模型(WSSUS)。無線信道仿真器模擬了上行數據傳輸環境，上行數據由后臺產生后儲存在單板上的SDRAM中。啟動測試之后，上行數據在CPU的控制下通過信道仿真器，然后送達基帶處理板解調，最后測試數據的誤碼率和誤塊率，從而分析基站的上行接收性能。 首先，本文研究了3GPP TS 25.141協議中對通信設備測試的要求和無線信道自身的特點，完成了對無線信道仿真器系統設計方案的吸收和修改。 其次，針對FPGA內部資源結構，研究了信道仿真器FPGA實現過程中的困難和資源的消耗，進行了模塊劃分。主要完成了時延模塊、瑞利衰落模塊、背板接口模塊等的RTL級代碼的開發、仿真、綜合和板上調試；完成了FPGA和后臺軟件的聯合調試；完成了兩天線到四天線的改版工作，使FPGA內部的工作頻率翻了一倍，大幅降低了FPGA資源的消耗。 最后，在完成無線信道仿真器的硬件設計之后，對無線信道仿真器的測試根據3GPP TS 25.141 V6.13.0協議中的要求進行，即在數據誤塊率(BLER)一定的情況下，對不同信道傳播環境和不同傳輸業務下的信噪比(Eb/No)進行測試，單天線和多天線的測試結果符合協議中規定的信噪比(Eb/No)的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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1992年5月，JoeMitola首次明確提出了軟件無線電的概念。軟件無線電將模塊化、標準化的硬件單元連接構成硬件平臺，通過軟件加載實現各種無線通信功能。端到端重配置技術是在軟件無線電的基礎上發展起來的，該技術使通信系統不僅具有重配置的能力，還能提供一體化的重配置管理架構，實現聯合無線資源管理和網絡規劃。端到端重配置技術已經成為軟件無線電的發展趨勢。 寬帶無線接入(BWA，BroadbandWirelessAccess)是當前通信界研究的熱點之一，而WiMax和WiFi是BWA中最熱門的兩個技術，所以本文選擇了IEEE802.16-2004與IEEE802.11a，設計了基于其物理層標準的可重配置OFDM基帶系統。它們均采用正交頻分復用技術(OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)。 本文研究了IEEE802.16-2004與IEEE802.11a物理層標準，結合Altera公司提供的FPGA開發工具QuartusⅡ、Mentor公司仿真工具ModelsimSE6.0，完成了基于IEEE802.16-2004及IEEE802.11a的可重配置OFDM基帶系統的FPGA設計。該設計中，對FPGA進行重新配置，實現了802.16-2004與802.11a兩種技術的完全重配置；通過選擇不同的參數來調用不同子模塊，實現802.16-2004與802.11a內部不同調制技術的局部重配置。該可重配置基帶系統核心的FFT/IFFT。模塊采用基4按頻率抽取及Cordic算法，消除乘法運算，有利于FPGA實現；在802.16-2004系統中，選取了基于前導序列的符號同步算法，在FPGA中實現。最后使用開發軟件、綜合軟件以及仿真軟件分析了系統的性能并給出了系統的性能指標。
上傳時間： 2013-05-19
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本文將高效數字調制方式QAM和軟件無線電技術相結合，在大規?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA上對16QAM算法實現。在當今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現實意義。 論文對16QAM軟件實現的基礎理論，帶通采樣理論、變速率數字信號處理相關抽取內插技術做了推導和分析；深入研究了軟件無線電核心技術數字下變頻原理和其實現結構；對CIC、半帶等高效數字濾波器原理結構和性能作了研究；16QAM調制和解調系統設計采用自項向下設計思想；采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環境下實現代碼輸入；對系統調試采用了算法仿真和在系統實測調試相結合方法。 論文首先對16QAM調制解調算法進行系統級仿真，并對實現的各模塊的可行性仿真驗證，在此基礎上，完成了調制端16QAM信號的時鐘分頻模塊、串并轉換模塊、星座映射、8倍零值內插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊；解調器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波，升余弦滾降濾波，以及16QAM解碼等模塊，實現了16QAM調制器；給出了中頻信號時域測試波形和頻譜圖。本系統在200KHz帶寬下實現了512Kbps的高速數據數率傳輸。論文還對增強型數字鎖相環EPLL的實現結構進行了研究和性能分析。
上傳時間： 2013-07-29
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LT8900是LDT公司生產的一款低成本，高集成度的2.4GHZ的無線收發芯片，片上集成發射機，接收機，頻率綜合器，GFSK調制解調器。發射機支持功率可調，接收機采用數字擴展通信機制，在復雜環境和強干擾條件下，可以達到優良的收發性能。外圍電路簡單，只需搭配MCU以及少數外圍被動器件。LT8900傳輸GFSK信號，發射功率約為2dBm，最大可以到6dBm。接收機采用低中頻結構，接收靈敏度可以達到-87dBm。數字信道能量檢測可以隨時監控信道質量。 片上的發射接收FIFO寄存器可以和MCU進行通信，存儲數據，然后以1Mbps數據率在空中傳輸。它內置了CRC，FEC，auto-ack和重傳機制，可以大大簡化系統設計并優化性能。 數字基帶支持4線SPI和2線I2C接口，此外還有Reset，Pkt_flag, Fifo_flag三個數字接口。 為了提高電池使用壽命，芯片在各個環節都降低功耗，芯片最低工作電壓可以到1.9V，在保持寄存器值條件下，最低電流為1uA。 芯片有QFN24 4*4mm和SSOP16封裝，都符合RoHS標準。
上傳時間： 2013-04-24
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HE-AAC是一種保證在高音質情況下壓縮率很高的音頻編碼，它具有多聲道、多采樣率、高壓縮比、高音質等特點，可以比AAC的編碼效率提高至少30％，在48 Kb/s的碼率下就可提供高品質立體聲音頻，已被全球數字廣播協會和3GPP組織采納...
上傳時間： 2013-04-24
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FPGA布局算法和軟件位于工藝映射和布線之間，是一個承上啟下的階段，對最終的布通率和時序都有著重要的影響。 本論文的工作之一便是研究旨在提高布通率的布局算法。在研究了國內外裝箱和布局算法的基礎上，本文提出了一種新的結合了裝箱的布局算法框架，并稱之為"低溫交替改善的"布局算法。其基本思想是，在模擬退火的低溫階段交替的優化裝箱和布局。本文給了基于學術界標準布局布線軟件VPR的一個軟件實現，并且提出了低溫的判定條件以及一種新的選擇待交換邏輯單元的方法。采用三種不同的裝箱算法作為布局輸入，基于VPR的低溫交替改善的布局算法實現，在布通率上，比VPR分別提高了21.3％、15.5％、10.7％。而帶來的平均額外時間開銷不到20％。 FPGA布局軟件實現對整個FPGA CAD流程的運行效率，算法的可擴展性也有著不可忽視的影響。現代FPGA有著多樣而復雜的邏輯和布線資源。而學術界的布局軟件'VPR所面向的FPGA卻只能處理十分簡單的FPGA結構，對于宏、總線、多時鐘等實際應用中很重要的部分都沒有考慮。本文提出了"邏輯單元層"的概念，用具有特定幾何結構的邏輯單元層來統一處理多種類型的邏輯資源。針對相對位置約束在現代FPGA布局軟件中的重要地位，我們提出了一種處理相對位置約束的方法。這些討論均已經在面向Xilinx SpartanⅡ芯片布局的原型系統中得到了實現，初步證實了這些方法的可擴展性和實用性。
上傳時間： 2013-06-21
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現場可編程門陣列(FPGA)是一種可實現多層次邏輯器件。基于SRAM的FPGA結構由邏輯單元陣列來實現所需要的邏輯函數。FPGA中，互連線資源是預先定制的，這些資源是由各種長度的可分割金屬線，緩沖器和．MOS管實現的，所以相對于ASIC中互連線所占用的面積更大。為了節省芯片面積，一般都采用單個MOS晶體管來連接邏輯資源。MOS晶體管的導通電阻可以達到千歐量級，可分割金屬線段的電阻相對于MOS管來說是可以忽略的，然而它和地之間的電容達到了0.1pf[1]。為了評估FPGA的性能，用HSPICE仿真模型雖可以獲得非常精確的結果，但是基于此模型需要花費太多的時間。這在基于時序驅動的工藝映射和布局布線以及靜態時序分析中都是不可行的。于是，非常迫切地需要一種快速而精確的模型。 FPGA中連接盒、開關盒都是由MOS管組成的。FPGA中的時延很大部分取決于互連，而MOS傳輸晶體管在互連中又占了很大的比重。所以對于MOS管的建模對FPGA時延估算有很大的影響意義。對于MOS管，Muhammad[15]采用導通電阻來代替MOS管，然后用。Elmore[3]時延和Rubinstein[4]時延模型估算互連時延。Elmore時延用電路的一階矩來近似信號到達最大值50％時的時延，而Rubinstein也是通過計算電路的一階矩估算時延的上下邊界來估算電路的時延，然而他們都是用來計算RC互連時延。傳輸管是非線性器件，所以沒有一個固定的電阻，這就造成了Elmore時延和Rubinstein時延模型的過于近似的估算，對整體評估FPGA的性能帶來負面因素。 本論文提出快速而精確的現場可編程門陣列FPGA中的互連資源MOS傳輸管時延模型。首先從階躍信號推導出適合50％時延的等效電阻模型，然后在斜坡輸入的時候，給出斜坡輸入時的時延模型，并且給出等效電容的計算方法。結果驗證了我們精確的時延模型在時間上的開銷少的性能。 在島型FPGA中，單個傳輸管能夠被用來作為互連線和互連線之間的連接，或者互連線和管腳之間的連接，如VPR把互連線和管腳作為布線資源，管腳只能單獨作為輸入或者輸出管腳，以致于它們不是一個線網的起點就是線網的終點。而這恰恰忽略了管腳實際在物理上可以作為互連線來使用的情況(VPR認為dogleg現象本身對性能提高不多)。本論文通過對dogleg現象進行了探索，并驗證了在使用SUBSET開關盒的情況下，dogleg能提高FPGA的布通率。
上傳時間： 2013-07-24
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現場可編程門陣列(FPGA)能夠減少電子系統的開發風險和開發成本，縮短上市時間，降低維護升級成本，故廣泛地應用在電子系統中。最新的FPGA都采用了層次化的布線資源結構，與以前的結構發生了很大的變化。由于FPGA布線資源的固定性和有限性，因此需要開發適用于這種層次化的FPGA結構并提高布線資源有效利用率的布線算法。同時由于晶體管尺寸的不斷減小，有必要在FPGA布線算法中考慮功耗和時序問題。 本論文所作的研究工作主要包括：提出一種基于Tile的FPGA結構描述方法，對FPGA功耗模型和時序模型進行了研究，實現了考慮FPGA功耗、布線資源利用率的布線算法。 在FPGA結構描述方面，本文在分析現代商用FPGA層次化結構及學術上對FPGA描述方法的基礎上，提出一種基于Tile的FPGA結構描述。由于基本Tile的重復性，采用該方法可以簡化FPGA結構的描述，同時由于該方法是以硬件結構為根據，為FPGA軟硬件提供了簡單而靈活的接口，該方法在原型系統中測試證明是正確的。 在FPGA功耗模型方面，本文研究了ASIC中關于電路功耗計算的基本方法，并將其應用到FPGA功耗分析中。在模型中的采用了混合的功耗模型，包括動態功耗模型和靜態功耗模型。動態功耗的計算采用基于節點狀態轉換率的開關級動態功耗計算和邏輯塊宏模型，靜態功耗則采用基于公式計算的晶體管漏電功耗模型和邏輯塊基于仿真的LUT/MUX表達式計算模型。這些功耗模型將運用到我們后面的功耗計算和基于功耗驅動的布線算法中。 在FPGA布線算法研究和實現方面，本文在介紹基本的搜索算法之后，介紹了將FPGA硬件結構轉變為FPGA布線程序可識別的布線資源圖的方法，并將基本的搜索算法運用的FPGA布線資源圖上，實現FPGA的基于布通率的布線算法。在此基礎上，借鑒了FPGA時序分析方法，將時序分析作為布線算法的一子模塊，對基于時序的布線算法進行了研究；同時采用了FPGA功耗模型，在布線算法實現中考慮了動態功耗的問題。最后在布線算法中實現兩種啟發式策略以提高可布線資源有效利用率。
上傳時間： 2013-04-24
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