數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)無論是在軍事領(lǐng)域還是在民用領(lǐng)域，都有著重要的作用和廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)及前景。迫切的軍用和民用需求，推動(dòng)著視頻監(jiān)控技術(shù)持續(xù)而迅猛的發(fā)展。為了提高監(jiān)控視頻的圖像質(zhì)量，使設(shè)備小型化，以便能滿足各種條件下的適用場(chǎng)合，目前基于FPGA的數(shù)字視頻偵察監(jiān)控系統(tǒng)已成為一種主流的解決方案。 本文設(shè)計(jì)了一種可以在戰(zhàn)場(chǎng)上使用的數(shù)字視頻偵察監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備了12路攝像頭，當(dāng)偵察車或者裝甲車在向前進(jìn)的時(shí)候，可以做到對(duì)周圍的環(huán)境全方位的偵察監(jiān)控，從而對(duì)判斷戰(zhàn)場(chǎng)的情況起到了巨大的作用。 本文首先介紹了數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀，視頻數(shù)據(jù)的產(chǎn)生以及接收特性和FPGA技術(shù)的基本概念，在此基礎(chǔ)上研究了視頻信號(hào)的組成方式、VGA、DVI顯示接口以及顯示器的工作原理，分析了采用FPGA實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的可能性。接著，在充分考慮了要求達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)以后，選用了視頻解碼芯片SAA7111A、視頻編碼芯片ADV7125、DVI發(fā)送芯片TFP410、CY7C1061AV33型SRAM以及EP2C35FBGA672型FPGA芯片應(yīng)用于硬件電路設(shè)計(jì)。然后設(shè)計(jì)出電路原理圖以及PCB版圖。最后，根據(jù)系統(tǒng)工作要求，本文設(shè)計(jì)了FPGA系統(tǒng)中的片內(nèi)邏輯模塊，包括視頻采集緩沖異步FIFO（先進(jìn)先出）模塊、I2C總線配置模塊、視頻幀存控制模塊、VGA視頻顯示模塊、DVI視頻顯示模塊等。在此基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)軟硬件調(diào)試，最終成功的實(shí)現(xiàn)了12路攝像頭的切換顯示和對(duì)周圍環(huán)境的全方位監(jiān)控，達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字視頻 監(jiān)控
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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矩陣運(yùn)算是描述許多工程問題中不可缺少的數(shù)學(xué)關(guān)系，矩陣運(yùn)算具有執(zhí)行效率好、速度快、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著動(dòng)態(tài)可配置技術(shù)的發(fā)展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)楦咚龠\(yùn)算應(yīng)用提供技術(shù)支持。 為了提高研究成果的實(shí)用性與商用性，本文主要針對(duì)某種體積小、運(yùn)算速度和性能要求很高的特殊場(chǎng)合設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于FPGA的矩陣運(yùn)算功能。通過系統(tǒng)地研究FPGA功能結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、DSP接口、IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，深入學(xué)習(xí)浮點(diǎn)數(shù)及矩陣的基礎(chǔ)運(yùn)算以及硬件編程語(yǔ)言等內(nèi)容，根據(jù)矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，討論了硬件設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)對(duì)具體核心器件結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及有關(guān)FPGA的設(shè)計(jì)流程和控制器Verilog HDL硬件編程語(yǔ)言代碼方面內(nèi)容，確定了基于FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算及矩陣運(yùn)算單元的Verilog HDL設(shè)計(jì)方法，在Quartus II平臺(tái)上對(duì)其仿真、記錄運(yùn)算結(jié)果，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了深入分析與總結(jié)。 本設(shè)計(jì)通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)測(cè)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，證明了本設(shè)計(jì)中矩陣運(yùn)算速率的實(shí)用性與高效性，提高了系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-07-07
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隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，實(shí)時(shí)圖像處理在多媒體、圖像通信等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用。FPGA就是硬件處理實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)的理想選擇，基于FPGA的圖像處理專用系統(tǒng)的研究將成為信息產(chǎn)業(yè)的新熱點(diǎn)。 @@ 本文詳細(xì)介紹了一種基于FPGA開發(fā)板的實(shí)時(shí)圖像采集與顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由前端視頻采集單元、圖像存儲(chǔ)單元、圖像顯示單元三部分組成。它的主要功能有：對(duì)攝像頭送來的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并采用PHILIPS公司的專用視頻解碼芯片SAA7113將模擬視頻轉(zhuǎn)化成數(shù)字視頻；將采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到FPGA開發(fā)板內(nèi)嵌的SDRAM中；采用PHILIPS公司的專用視頻編碼芯片SAA7121將數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)送顯示器輸出。 @@ 系統(tǒng)在Quartus II 5.0、Model Sim6.0軟件平臺(tái)下開發(fā)并在硬件上得到實(shí)現(xiàn)，達(dá)到預(yù)期效果。FPGA實(shí)現(xiàn)圖像采集顯示是一種有效，簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的方法，因此該課題具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。 @@關(guān)鍵詞：FPGA，I2C總線，視頻采集，SDRAM，視頻顯示
標(biāo)簽： FPGA 視頻采集 顯示系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-06
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軟件無線電（Software Defined Radio）是無線通信系統(tǒng)收發(fā)信機(jī)的發(fā)展方向，它使得通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以將主要精力集中到收發(fā)機(jī)的數(shù)字處理上，而不必過多關(guān)注電路實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行數(shù)字處理時(shí)，常用的方案包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）。FPGA以其相對(duì)較低的功耗和相對(duì)較低廉的成本，成為許多通信系統(tǒng)的首先方案。正是在這樣的前提下，本課題結(jié)合軟件無線電技術(shù)，研究并實(shí)現(xiàn)基于FPGA的數(shù)字收發(fā)信機(jī)。 @@ 本論文主要研究了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)的硬件實(shí)現(xiàn)問題。首先，從理論上對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，找到收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題。其次，在理論上有深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，以FPGA為手段，將反饋控制算法、反饋補(bǔ)償算法和前饋補(bǔ)償算法落實(shí)到硬件電路上。同步一直是數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，它也是本文的研究重點(diǎn)。本文在研究了已有各種同步方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新的同步方法和相應(yīng)的接收機(jī)結(jié)構(gòu)，并以硬件電路將其實(shí)現(xiàn)。最后，針對(duì)所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)，本文還進(jìn)行了充分的硬件系統(tǒng)測(cè)試。硬件測(cè)試的各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的，基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字中頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 @@ 本文中發(fā)射機(jī)系統(tǒng)是以Altera公司EP2C70F672C6為硬件平臺(tái)，接收機(jī)系統(tǒng)以Altera公司EP2S180F1020C3為硬件平臺(tái)。收發(fā)系統(tǒng)均是在Ouartus Ⅱ 8．0環(huán)境下，通過編寫Verilog HDL代碼和調(diào)用Altera IP core加以實(shí)現(xiàn)。在將設(shè)計(jì)方案落實(shí)到硬件電路實(shí)現(xiàn)之前，各種算法均使用MATLAB進(jìn)行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正確結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和時(shí)序仿真工具進(jìn)行了前仿真和后仿真。所有仿真結(jié)果無誤后，可下載至硬件平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試，通過Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap邏輯分析儀，可以實(shí)時(shí)觀察電路中各點(diǎn)信號(hào)的變化情況，并結(jié)合示波器和頻譜儀，得到硬件測(cè)試結(jié)果。 @@關(guān)鍵詞：SDR；數(shù)字收發(fā)機(jī)；FPGA；載波同步；符號(hào)同步
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字中頻 收發(fā)信機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電子設(shè)備對(duì)時(shí)間精度的要求日益提升。在衛(wèi)星發(fā)射、導(dǎo)航、導(dǎo)彈控制、潛艇定位、各種觀測(cè)、通信等方面，時(shí)鐘同步技術(shù)都發(fā)揮著極其重要的作用，得到了廣泛的推廣。對(duì)于分布式采集系統(tǒng)來說，中心主站需要對(duì)來自于不同采集設(shè)備的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，得到各個(gè)采集點(diǎn)對(duì)同一事件的采集時(shí)間差異，通過對(duì)該時(shí)間差異的分析，最終做出對(duì)事件的準(zhǔn)確判斷。如果分布式采集系統(tǒng)中的各個(gè)采集設(shè)備不具有統(tǒng)一的時(shí)鐘基準(zhǔn)，那么得到的各個(gè)采集時(shí)間差異就不能反映出實(shí)際情況，中心主站也無法準(zhǔn)確地對(duì)事件進(jìn)行分析和判斷，甚至得出錯(cuò)誤的結(jié)論。因此，時(shí)鐘同步是分布式采集系統(tǒng)正常運(yùn)作的必要前提。 目前國(guó)內(nèi)外時(shí)鐘同步領(lǐng)域常用的技術(shù)有GPS授時(shí)技術(shù)，鎖相環(huán)技術(shù)和IRIG-B 碼等。GPS授時(shí)技術(shù)雖然精度高，抗干擾性強(qiáng)，但是由于需要專用的GPS接收機(jī)，若單純使用GPS 授時(shí)技術(shù)做時(shí)鐘同步，就需要在每個(gè)采集點(diǎn)安裝接收機(jī)，成本較高。鎖相環(huán)是一種讓輸出信號(hào)在頻率和相位上與輸入?yún)⒖夹盘?hào)同步的技術(shù)，輸出信號(hào)的時(shí)鐘準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性直接依賴于輸入?yún)⒖夹盘?hào)。IRIG-B 碼是一種信息量大，適合傳輸?shù)臅r(shí)間碼，但是由于其時(shí)間精度低，不適合應(yīng)用于高精度時(shí)鐘同步的系統(tǒng)。基于上述分析，本文結(jié)合這三種常用技術(shù)，提出了一種基于FPGA的分布式采集系統(tǒng)時(shí)鐘同步控制技術(shù)。該技術(shù)既保留了GPS 授時(shí)的高精確度和高穩(wěn)定性，又具備IRIG-B時(shí)間碼易傳輸和低成本的特性，為分布式采集系統(tǒng)中的時(shí)鐘同步提供了一種新的解決方案。 本文中的設(shè)計(jì)采用了Ublox公司的精確授時(shí)GPS芯片LEA-5T，通過對(duì)GPS芯片串行時(shí)間信息解碼，獲得準(zhǔn)確的UTC時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)了分布式采集系統(tǒng)中各個(gè)采集設(shè)備的精確時(shí)間打碼。為了能夠使整個(gè)分布式采集系統(tǒng)具有統(tǒng)一的高精度數(shù)據(jù)采集時(shí)鐘，本論文采用了數(shù)模混合的鎖相環(huán)技術(shù)，將GPS 接收芯片輸出的高精度秒信號(hào)作為參考基準(zhǔn)，生成了與秒信號(hào)高精度同步的100MHZ 高頻時(shí)鐘。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 碼的編碼部分，將B 碼的準(zhǔn)時(shí)標(biāo)志與GPS 秒信號(hào)同步，提高了IRIG-B 碼的時(shí)間精度。在分布式采集系統(tǒng)中，IRIG-B時(shí)間碼能直接通過串口或光纖將各個(gè)采集點(diǎn)時(shí)間與UTC時(shí)間統(tǒng)一，節(jié)約了各點(diǎn)布設(shè)GPS 接收機(jī)的高昂成本。最后，通過PC104總線對(duì)時(shí)鐘同步控制卡進(jìn)行了數(shù)據(jù)讀取和測(cè)試，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了改進(jìn)方案。實(shí)驗(yàn)表明，改進(jìn)后的時(shí)鐘同步控制方案具有很高的時(shí)鐘同步精度，對(duì)時(shí)鐘同步技術(shù)有著重大的推進(jìn)意義！
上傳時(shí)間： 2013-08-05
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3D加速引擎是3D圖形加速系統(tǒng)的重要組成部分，以往在軟件平臺(tái)上對(duì)3D引擎的研究，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的渲染模型和渲染算法，但這些復(fù)雜算法與模型在FPGA上綜合實(shí)現(xiàn)具有一定難度，針對(duì)FPGA的3D加速引擎設(shè)計(jì)及其平臺(tái)實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)一步研究。 本文在研究3D加速引擎結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的圖像處理平臺(tái)，使用模塊化的思想，利用IP核技術(shù)分析設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了3D加速管道及其他模塊，并進(jìn)行了仿真、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)。 圖像處理平臺(tái)選用Virtex-Ⅳ FPGA為核心器件，并搭載了Hynix HY5DU573222F-25、AT91FR40162S、XCF32P VO48及其他組件。 為滿足3D加速引擎的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證，設(shè)計(jì)搭建的圖像處理平臺(tái)還實(shí)現(xiàn)了DDR-SDRAM控制器模塊、VGA輸出模塊、總線控制器模塊、命令解釋模塊、指令寄存器模塊及控制寄存器模塊。 3D加速引擎設(shè)計(jì)包含3D加速渲染管道、視角變換管道、基元讀取、頂點(diǎn)FIFO、基元FIFO、寫內(nèi)存等模塊。針對(duì)FPGA的特性，簡(jiǎn)化、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)了光照管道、紋理管道、著色管道和Alpha融合管道。 最后使用Modelsim進(jìn)行了仿真測(cè)試和圖像處理平臺(tái)上的驗(yàn)證，其結(jié)果表明3D加速引擎設(shè)計(jì)的大部分功能得到實(shí)現(xiàn)，結(jié)果令人滿意。
上傳時(shí)間： 2013-07-30
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卷積碼是廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、無線通信等多種通信系統(tǒng)的信道編碼方式。Viterbi算法是卷積碼的最大似然譯碼算法，該算法譯碼性能好、速度快，并且硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，是最佳的卷積碼譯碼算法。隨著可編程邏輯技術(shù)的不斷發(fā)展，使用FPGA實(shí)現(xiàn)Viterbi譯碼器的設(shè)計(jì)方法逐漸成為主流。不同通信系統(tǒng)所選用的卷積碼不同，因此設(shè)計(jì)可重配置的Viterbi譯碼器，使其能夠滿足多種通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文設(shè)計(jì)了基于FPGA的高速Viterbi譯碼器。在對(duì)Viterbi譯碼算法深入研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了Viterbi譯碼器核心組成模塊的電路實(shí)現(xiàn)算法。本設(shè)計(jì)中分支度量計(jì)算模塊采用只計(jì)算可能的分支度量值的方法，節(jié)省了資源；加比選模塊使用全并行結(jié)構(gòu)保證處理速度；幸存路徑管理模塊使用3指針偶算法的流水線結(jié)構(gòu)，大大提高了譯碼速度。在Xilinx ISE8.2i環(huán)境下，用VHDL硬件描述語(yǔ)言編寫程序，實(shí)現(xiàn)(2，1，7)卷積碼的Viterbi譯碼器。在(2，1，7)卷積碼譯碼器基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了Viterbi譯碼器的通用性，使其能夠?qū)Σ煌木矸e碼譯碼。譯碼器根據(jù)不同的工作模式，可以對(duì)(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四種廣泛運(yùn)用的卷積碼譯碼，并且可以修改譯碼深度等改變譯碼器性能的參數(shù)。 本文用Simulink搭建編譯碼系統(tǒng)的通信鏈路，生成測(cè)試Viterbi譯碼器所需的軟判決輸入。使用ModelSim SE6.0對(duì)各種模式的譯碼器進(jìn)行全面仿真驗(yàn)證，Xilinx ISE8.2i時(shí)序分析報(bào)告表明譯碼器布局布線后最高譯碼速度可達(dá)200MHz。在FPGA和DSP組成的硬件平臺(tái)上進(jìn)一步測(cè)試譯碼器，譯碼器運(yùn)行穩(wěn)定可靠。最后，使用Simulink產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)本文設(shè)計(jì)的Viterbi譯碼器的譯碼性能進(jìn)行了分析，仿真結(jié)果表明，在同等條件下，本文設(shè)計(jì)的Viterbi譯碼器與Simulink中的Viterbi譯碼器模塊的譯碼性能相當(dāng)。
上傳時(shí)間： 2013-06-24
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在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)字化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)，接收機(jī)數(shù)字化是電子系統(tǒng)數(shù)字化中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)數(shù)字化接收機(jī)的研究具有重要的意義。隨著數(shù)字化理論和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高速的中頻數(shù)字化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無線電數(shù)字接收平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并著重研究了其中數(shù)字中頻處理單元的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。FPGA器件具有設(shè)計(jì)靈活、開發(fā)周期短和開發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。相比于傳統(tǒng)的DSP串行結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA能夠進(jìn)行流水線性設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，所以FPGA在進(jìn)行數(shù)據(jù)量大，要求實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)。 本文首先首先分析了軟件無線電當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)現(xiàn)狀，針對(duì)存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問題，提出了中頻軟件無線電的FPGA實(shí)現(xiàn)方案。本文以FPGA實(shí)現(xiàn)為重點(diǎn)，在深入分析軟件無線電相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，著重研究和完成了中頻軟件無線電數(shù)字接收平臺(tái)兩大模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)：數(shù)字下變頻相關(guān)模塊和數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊。其中，在深入研究數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)數(shù)字下變頻模塊的數(shù)控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(shù)(DDS)實(shí)現(xiàn)，其頻率分辨率高，靈活，易于實(shí)現(xiàn)；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，F(xiàn)IR濾波器組成。對(duì)積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對(duì)內(nèi)部寄存器的位寬進(jìn)行改進(jìn)，極大地節(jié)約了資源，提高了運(yùn)行速率。對(duì)FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運(yùn)行速度只與數(shù)據(jù)的寬度有關(guān)，只有加減法運(yùn)算和二進(jìn)制除法，既縮減了系統(tǒng)資源又大大節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了高效的實(shí)時(shí)處理。對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊，重點(diǎn)研究和完成了2ASK和2FSK的調(diào)制解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統(tǒng)中。在文章的最后還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了Matlab仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的正確性。在系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)過程中，都是先依據(jù)一定的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時(shí)序仿真測(cè)試，并與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。
標(biāo)簽： FPGA 軟件無線電 數(shù)字接收機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)通過無線通信方式，形成的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的作用是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、軍事、商業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。 媒體訪問控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議處于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的物理層和路由層之間，用于在傳感器節(jié)點(diǎn)間公平有效地共享通信媒介，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)不同，提高能量效率和可擴(kuò)展性是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。 本文主要闡述基于FPGA對(duì)IEEE802．15．4 MAC層功能的實(shí)現(xiàn)。首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)要求以及已有的MAC層協(xié)議，討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層的主要要求和功能。然后詳細(xì)介紹和分析了IEEE802．15．4的MAC協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上，通過NS2平臺(tái)對(duì)MAC層協(xié)議進(jìn)行了仿真，研究不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷下信道訪問機(jī)制的各個(gè)參數(shù)對(duì)吞吐量，丟包率，傳輸延時(shí)的影響，分析了隱蔽站問題、確認(rèn)幀機(jī)制。 本文對(duì)MAC層中的主要功能，諸如數(shù)據(jù)收發(fā)、幀處理、信道接入方式以及幀檢驗(yàn)等提出了基于FPGA的硬件解決方法。設(shè)計(jì)選用硬件描述語(yǔ)言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模塊的綜合和布局布線，在QuartusⅡ和Modelsim中進(jìn)行時(shí)序仿真驗(yàn)證，最終下載到自主設(shè)計(jì)Altera公司的Cyclone開發(fā)板中。 對(duì)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證采取的是由里及外的方式，先對(duì)系統(tǒng)主模塊的功能進(jìn)行驗(yàn)證，然后下載到與CC2430開發(fā)板相連接的FPGA中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。驗(yàn)證流程是功能仿真、時(shí)序仿真和板級(jí)調(diào)試，最終通過測(cè)試，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的功能。測(cè)試結(jié)果表明，該模塊能滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低速率應(yīng)用環(huán)境的需要，具有優(yōu)良的擴(kuò)展性能，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
標(biāo)簽： FPGA MAC 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
上傳時(shí)間： 2013-06-14
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近年來，大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備主要是機(jī)械硬盤，機(jī)械硬盤采用機(jī)械馬達(dá)和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點(diǎn)。固態(tài)硬盤是以半導(dǎo)體作為存儲(chǔ)介質(zhì)及控制載體，無機(jī)械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節(jié)能等特點(diǎn)，是目前存儲(chǔ)領(lǐng)域所存在問題的解決方案之一。本文針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)基于FPGA的固態(tài)硬盤控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲(chǔ)。 文章首先介紹硬盤技術(shù)的發(fā)展，分析固態(tài)硬盤的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內(nèi)容及所做的工作。然后從分析固態(tài)硬盤控制器的關(guān)鍵技術(shù)入手，研究了SATA接口協(xié)議和NANDFLASH芯片特性。整體設(shè)計(jì)采用SOPC架構(gòu)，所有功能由單片F(xiàn)PGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語(yǔ)言描述IP核形式設(shè)計(jì)SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實(shí)現(xiàn)SATA1.0協(xié)議，根據(jù)協(xié)議劃分四層模型，通過狀態(tài)機(jī)和邏輯電路實(shí)現(xiàn)協(xié)議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉(zhuǎn)換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲(chǔ)管理和糾錯(cuò)算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。最后完成固態(tài)硬盤控制器的模塊測(cè)試和整體測(cè)試，介紹了測(cè)試方法、測(cè)試工具和測(cè)試流程，給出測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，得出了驗(yàn)證結(jié)論。 本文設(shè)計(jì)的固態(tài)硬盤控制器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，易于升級(jí)和二次開發(fā)，是實(shí)現(xiàn)固態(tài)硬盤和固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
標(biāo)簽： FPGA 固態(tài)硬盤 制器設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-05-28
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