隨著電子技術的不斷發(fā)展和進步，嵌入式系統(tǒng)也越來越廣泛的滲入到人類生活的方方面面。我們生活中常用的手機、數(shù)碼相機、掌上電腦、便攜式掃描儀等等都應用到了嵌入式系統(tǒng)。 論文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)，包括嵌入式系統(tǒng)的構成、特點、發(fā)展趨勢以及FPGA在嵌入式中的應用等，指明嵌入式系統(tǒng)設計一般可分為硬件設計和軟件設計兩部分。 硬件設計部分，首先介紹了FPGA的相關知識，包括FPGA構成、特性、開發(fā)工具、開發(fā)流程等，并對論文中選用的Altera公司的CyclonⅡ器件做了詳細的介紹。利用SOPC Builder、NiosⅡ等工具設計創(chuàng)建了NiosⅡ CPU內核，添加以太網(wǎng)、Flash、PIO以及VGA接口等模塊，生成了一個Nios CPU內核，完成硬件設計。 軟件設計部分，研究了嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展、種類、特點等，簡單介紹了幾種代表性的嵌入式操作系統(tǒng)。選擇嵌入式操作系統(tǒng)時，綜合考慮了內核、可移植性、可裁剪性、外掛模塊、成本、服務等各種因素，最終選用μCLinux操作系統(tǒng)。詳細介紹了μCLinux的特點、基本架構、代碼結構等。利用NiosⅡIDE為宿主機建立Linux開發(fā)環(huán)境。在IDE里配置Linux內核和文件系統(tǒng)，編譯后上載到做好的硬件平臺上。啟動μCLinux后將一個C語言編寫的九宮格求解程序下載到開發(fā)板中運行，檢驗運行結果，驗證嵌入式系統(tǒng)的正確性。 論文所做的只是嵌入式系統(tǒng)的一個應用實例。實際應用過程中，用戶可以根據(jù)自己的實際需要對軟硬件進行修改，以實現(xiàn)不同的功能。
標簽： FPGA 嵌入式系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-07-19
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互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、星基導航是21世紀信息社會的三大支柱產(chǎn)業(yè)，而GPS系統(tǒng)的技術水平和發(fā)展歷程代表著全世界衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展狀況。目前，我國已經(jīng)成為GPS的使用大國，衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)鏈也已基本形成。然而，我們對GPS核心技術(即如何捕獲衛(wèi)星信號并保持對信號的跟蹤)的研究還不夠深入，我國GPS產(chǎn)品的核心部分多數(shù)還是靠進口。因此，對GPS核心技術的研究是非常緊迫的。 本文首先介紹了GPS的定位原理，之后闡述了GPS接收機的基本原理一直接擴頻通信和GPS信號的結構與特性。從這些方面出發(fā)研究接收機基帶處理器的捕獲與跟蹤設計方案。 設計過程中，先詳細分析了滑動相關的捕獲算法和基于FFT的快速捕獲算法，并利用matlab進行了驗證。由于前者靈活性好且可捕獲到高精度的碼相位和載波頻率，適合于本文的硬件接收機，所以本文確定了滑動相關的捕獲方案。 接著分析了跟蹤環(huán)路的特點，跟蹤模塊采用碼跟蹤環(huán)和載波跟蹤環(huán)耦合的方法實現(xiàn)。由于GPS系統(tǒng)通常工作在非常低的信噪比環(huán)境中，而非相干環(huán)在低信噪比下環(huán)路跟蹤性能較好，所以碼跟蹤環(huán)采用非相干(DDLL)環(huán)實現(xiàn)。這種跟蹤環(huán)路采用的鑒相器是能量鑒相器，對數(shù)據(jù)的調制和載波相位都不敏感，鑒相器不會產(chǎn)生不確定量。由于輸入信號存在180°相位翻轉，而COSTAS鎖相環(huán)允許數(shù)據(jù)調制，對I支路和Q支路信號的180°相位翻轉不敏感，所以載波跟蹤環(huán)采用COSTAS鎖相環(huán)實現(xiàn)。上述算法在matlab環(huán)境下得到了驗證。 基帶處理器電路的主要模塊在Quartus II8.0開發(fā)平臺上利用VHDL硬件描述語言實現(xiàn)。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g進行了邏輯仿真。本設計滿足系統(tǒng)功能和性能的要求，可以直接用于實時GPS接收機系統(tǒng)的設計中，為自主設計GPS接收機奠定了基礎。 最后，由于在弱電磁環(huán)境下，捕獲失鎖后32PPS信號會丟失。所以設計了一個能授時和守時的算法去得到與GPS時同步的精確授時秒信號。并且實現(xiàn)了這個算法。
上傳時間： 2013-04-24
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FPGA作為新一代集成電路的出現(xiàn)，引起了數(shù)字電路設計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來越多的用戶與設計公司開始使用FPGA進行系統(tǒng)開發(fā)，因此，PFAG的市場需求也越來越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發(fā)展也越來越先進，在如此良性循環(huán)下，不久的將來，F(xiàn)PGA可以主領集成電路設計領域。正是由于FPGA有著如此巨大的發(fā)展前景與市場吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發(fā)技術日趨簡單化、軟件化，從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設計語言，到現(xiàn)在面向對象的System Verilog、SystemC設計語言，硬件設計語言開始向高級語言發(fā)展。作為一個軟件設計人員，會很容易接受面向對象的語言。現(xiàn)在軟件的設計中，算法處理的瓶頸就是速度的問題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個問題，本文在第一章第二節(jié)詳細介紹了軟硬結合的開發(fā)優(yōu)勢。另外，在第一章中還介紹了知識產(chǎn)權核心（IP Core）的發(fā)展與前景，特別是IP Core中軟核的設計與開發(fā)，許多FGPA的開發(fā)公司開始爭奪軟核的開發(fā)市場。 @@ 數(shù)字電路設計中最長遇到的就是通信的問題，而每一種通信方式都有自己的協(xié)議規(guī)范。在CPU的設計中，由于需要高速的處理速度，因此其內部都是用并行總線進行通信，但是由于集成電路資源的問題，不可能所有的外部設備都要用并行總線進行通信，因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協(xié)議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個小型CPU的內部構造，以及這三個通信協(xié)議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發(fā)中，由于集成電路本身的特殊性，其開發(fā)流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發(fā)流程作了簡要的介紹，并且將其中最復雜但是又很重要的靜態(tài)時序分析進行了詳細的論述。在通信協(xié)議的開發(fā)中，需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環(huán)境的搭建等，因此，本文以SPI數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設計作為一個開發(fā)范例，從協(xié)議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發(fā)流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協(xié)議的開發(fā)中，不僅對協(xié)議進行了詳細的功能分析，而且對架構中的每個模塊的設計都進行了詳細的論述。@@關鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態(tài)時序分析；驗證環(huán)境
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，語音識別研究大部分集中在算法設計和改進等方面，而隨著半導體技術的高速發(fā)展，集成電路規(guī)模的不斷增大與各種研發(fā)技術水平的不斷提高，新的硬件平臺的推出，語音識別實現(xiàn)平臺有了更多的選擇。語音識別技術在與DSP、FPGA、ASIC等器件為平臺的嵌入式系統(tǒng)結合后，逐漸向實用化、小型化方向發(fā)展。 本課題通過對現(xiàn)有各種語音特征參數(shù)與孤立詞語音識別模型進行研究的基礎上，重點探索基于動態(tài)時間規(guī)整算法的DTW模型在孤立詞語音識別領域的應用，并結合基于FPGA的SOPC系統(tǒng)，在嵌入式平臺上實現(xiàn)具有較好精度與速度的孤立詞語音識別系統(tǒng)。 本系統(tǒng)整體設計基于DE2開發(fā)平臺,采用基于Nios II的SOPC技術。采用這種解決方案的優(yōu)點是實現(xiàn)了片上系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)的物理體積和總體功耗；同時系統(tǒng)控制核心都在FPGA內部實現(xiàn)，可以極為方便地更新和升級系統(tǒng)，大大地提高了系統(tǒng)的通用性和可維護性。 此外，由于本系統(tǒng)需要大量的高速數(shù)據(jù)運算，在設計中作者充分利用了Cyclone II芯片的豐富的硬件乘法器，實現(xiàn)了語音信號的端點檢測模塊，F(xiàn)FT快速傅立葉變換模塊，DCT離散余弦變換模塊等硬件設計模塊。為了提高系統(tǒng)的整體性能，作者充分利用了FPGA的高速并行的優(yōu)勢，以及配套開發(fā)環(huán)境中的Avalon總線自定義硬件外設，使系統(tǒng)處理數(shù)字信號的能力大大提高，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的微控制器和普通DSP芯片。 本論文主要包含了以下幾個方面： （1）結合ALTERA CYCLONE II芯片的特點，確定了基于FPGA語音識別系統(tǒng)的總體設計，在此基礎上進行了系統(tǒng)的軟硬件的選擇和設計。 （2）自主設計了純硬件描述語言的驅動電路設計，完成了高速語音采集的工作，并且對存儲數(shù)據(jù)芯片SRAM中的原始語音數(shù)據(jù)進行提取導入MATLAB平臺測試數(shù)據(jù)的正確性。整個程序測試的方式對系統(tǒng)的模塊測試起到重要的作用。 （3）完成高速定點256點的FFT模塊的設計，此模塊是系統(tǒng)成敗的關鍵，實現(xiàn)高速實時的運算。 （4）結合SOPC的特性，設計了人機友好接口，如LCD顯示屏的提示反饋信息等等，以及利用ALTERA提供的一些驅動接口設計完成用戶定制的系統(tǒng)。 （5）進行了整體系統(tǒng)測試，系統(tǒng)可以較穩(wěn)定地實現(xiàn)實時處理的目的，具有一定的市場潛在價值。
標簽： FPGA 語音識別 系統(tǒng)設計
上傳時間： 2013-05-23
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LED顯示屏是LED點陣模塊或者像素單元組成的平面顯示屏幕。自從誕生以來，以其亮度高、視角廣、壽命長、性價比高的特點，在交通、廣告、新聞發(fā)布、體育比賽、電子景觀等領域得到了廣泛應用。 LED顯示屏控制器作為控制LED屏顯示圖像、數(shù)據(jù)的關鍵，是整個LED視頻顯示系統(tǒng)的核心。本文研究的是對全彩色同步LED屏的控制，控制LED屏同步顯示在上位機顯示系統(tǒng)中某固定位置處的圖像。根據(jù)已有的LED顯示屏及其驅動器的特點，提出了一種可行的方案并進行了設計。系統(tǒng)主要分為兩個部分：視頻信號的獲取，視頻信號的處理。 經(jīng)過分析比較，決定從顯卡的DVI接口獲得視頻源，視頻源經(jīng)過DVI解碼芯片TFP401A的解碼后，可以獲得圖像的數(shù)字信息，這些信息包括紅、綠、藍三基色的數(shù)據(jù)以及行同步、場同步、使能等控制信號。這些信號將在視頻信號處理模塊中被使用。 信號處理模塊在接收視頻信號源后，對數(shù)據(jù)進行處理，最后輸出數(shù)據(jù)給驅動電路。在信號處理模塊中，采用了可編程邏輯器件FPGA來完成?？删幊踢壿嬈骷哂懈呒啥?、高速度、高可靠性、在線可編程（ISP）等特點，所以特別適合于本設計。利用FPGA的可編程性，在FPGA內部劃分了各個小模塊，各小模塊中通過少量的信號進行聯(lián)系，這樣就將比較大的系統(tǒng)轉化成許多小的系統(tǒng)，使得設計更加簡單，容易驗證。本文分析了驅動電路所需要的數(shù)據(jù)的特點，全彩色灰度級的實現(xiàn)方式，決定把系統(tǒng)劃分為視頻源截取、RGB格式轉化、位平面分離、讀SRAM地址發(fā)生器、寫SRAM地址發(fā)生器、讀寫SRAM選擇控制器、灰度實現(xiàn)等模塊。 最后利用示波器和SignalTap II邏輯分析儀等工具，對系統(tǒng)進行了聯(lián)合調試。改進了時序、優(yōu)化了布局布線，使得系統(tǒng)性能得到了良好的改善。 在分析了所需要的資源的基礎上，課題決定采用Altera的Cyclone EP1C12 FPGA設計視頻信號處理模塊，在Quartus II和modelsim平臺下，用Verilog HDL語言開發(fā)。
上傳時間： 2013-05-19
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互感器是電力系統(tǒng)中電能計量和繼電保護中的重要設備，其精度和可靠性與電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟運行密切相關。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁式互感器已經(jīng)暴露出一系列的缺陷，電子式互感器能很好的解決電磁式互感器的缺點，電子式互感器逐步替代電磁式互感器代表著電力工業(yè)的發(fā)展方向。目前，國產(chǎn)的互感器校驗儀主要是電磁式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀依賴于進口。電子式互感器的發(fā)展，使得電子式互感器校驗儀的研制勢在必行。 本課題依據(jù)國際標準IEC60044-7、IEC60044-8和國內標準GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，設計了電子式互感器檢驗儀。該校驗儀采用直接法對電子式互感器進行校驗，即同時測試待校驗電子式互感器和標準電磁式互感器二次側的輸出信號，比較兩路信號的參數(shù)，根據(jù)比較結果完成電子式互感器的校驗工作。論文首先介紹了電子式互感器結構及輸出數(shù)字信號的特征，然后詳細論述了電子式互感器校驗儀的硬件及軟件設計方法。硬件主要采用FPGA技術設計以太網(wǎng)控制器RTL8019的控制電路，以實現(xiàn)電子式互感器信號的遠程接收，同時設計A/D芯片MAX125的控制電路，以實現(xiàn)標準電磁式互感器模擬輸出的數(shù)字化。軟件主要采用FPGA的SOPC技術，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成開發(fā)環(huán)境下，完成對硬件電路的底層控制，運用準同步算法和DFT算法開發(fā)應用程序實現(xiàn)對數(shù)字信號的處理。最終完成電子式互感器校驗儀的設計。 最后進行了相關的實驗，所研制的電子式互感器校驗儀對0.5準確級的電子式電壓互感器和0.5準確級電子式電流互感器分別進行了校驗，對其額定負荷的20％、100％、120％點做為測量點進行測量。經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的處理分析可知，校驗儀對電子式互感器的校驗精度滿足0.5％的比差誤差和20’的相位差。本課題的研究為電子式互感器校驗儀的研制工作提供了理論和實踐依據(jù)。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術、微處理器技術、控制理論及永磁材料等技術的快速發(fā)展，以永磁同步電機作為控制對象的傳動領域得到了越來越廣泛的關注，隨著FPGA的技術的普及和廣泛應用，使得各種先進的控制算法得以實現(xiàn)，于是數(shù)字化、智能化的永磁交流控制器成為必然的發(fā)展趨勢和當前的研究熱點。本文的主要工作就是圍繞數(shù)字化的永磁同步電機控制器研究來展開。首先深入研究了永磁同步電機的數(shù)學建模方法及電機控制策略問題。在對永磁同步電機的數(shù)學模型進行了推導的基礎上，在PSIM仿真軟件中建立了永磁同步電機的電機模型，提出了一種永磁同步電機傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仿真建模的新方法。其次對常用的數(shù)字脈寬調制方法進行了數(shù)學推導，并對滑模控制理論和矢量控制進行了深入的研究分析，將滑模變結構控制應用于永磁同步電機的調速系統(tǒng)中，改善了傳統(tǒng)PI控制器參數(shù)整定繁瑣、系統(tǒng)魯棒性差的缺點，仿真結果驗證了該系統(tǒng)設計方案的優(yōu)越性。最后在永磁同步電機建模仿真的基礎上，根據(jù)永磁同步電機控制器的設計要求及FPGA的特點，提出永磁同步電機控制器的的設計方案。按照FPGA模塊化設計思想，將整個系統(tǒng)進行了合理的劃分，分別對SVPWM、Park變換、SMC、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實現(xiàn)算法進行了深入的研究。各模塊在Modelsim平臺上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發(fā)板上完成硬件驗證，驗證結果表明：永磁同步電機在低速和高速時都能穩(wěn)定運行，從而證實了本設計方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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本文論述了嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)，介紹了TCP/IP協(xié)議棧的原理，以及硬線實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧的意義和應用。 第一章為緒論，介紹論文研究的目的、內容、意義和國內外研究發(fā)展的現(xiàn)狀。 第二章介紹FPGA設計的流程和Verilog HDL設計語言。著重介紹了FPGA的代碼輸入、編譯、綜合、仿真和下載等等步驟，并且介紹了FPGA設計中使用到的EDA軟件。介紹了Verilog HDL語言的起源，以及Verilog HDL語言的優(yōu)缺點，并與VHDL語言進行了簡單的比較。 第三章介紹嵌入式系統(tǒng)要實現(xiàn)的經(jīng)過剪裁的TCP/IP協(xié)議棧的內容。著重介紹了要實現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議棧的子協(xié)議，包括TCP協(xié)議、UDP協(xié)議、IP協(xié)議、ARP協(xié)議、ICMP協(xié)議。在介紹這些協(xié)議的時候，介紹了這些協(xié)議的工作原理，以及這些協(xié)議要用到的報文的格式。 第四章介紹實現(xiàn)剪裁的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)，具體介紹的經(jīng)過剪裁的TCP/IP各個模塊的設計工作。這個部分著重介紹各個模塊的設計方法，實現(xiàn)各個模塊的過程。在設計完這些模塊后，對這些模塊的仿真進行了仿真。 第五章是全文的總結，概括了作者在這次畢業(yè)設計中的主要工作和課題的意義，同時指出了進一步工作的方向和需要解決的問題。
上傳時間： 2013-07-04
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隨著計算機技術的突飛猛進以及移動通訊技術在日常生活中的不斷深入，數(shù)據(jù)采集不斷地向多路、高速、智能化的方向發(fā)展。本文針對此需求，實現(xiàn)了一種應用FPGA的多路、高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而為測量儀器提供良好的采集數(shù)據(jù)。 本文設計了一種基于AD+FPGA+DSP的多路數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，針對此系統(tǒng)設計了基于AD9446的模數(shù)轉換采集板，再將模數(shù)轉換采集板的數(shù)據(jù)傳送至基于FPGA的采集控制模塊進行數(shù)據(jù)的壓縮以及緩沖存儲，最后由DSP調入數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的處理。本文的設計主要分為兩部分，一部分為模數(shù)轉換采集板的設計與調試，另一部分為采集控制模塊的設計與仿真。 經(jīng)設計與調試，模數(shù)轉換模塊可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)，能穩(wěn)定工作在百兆的頻率下；采集控制模塊能實時地完成數(shù)據(jù)壓縮與數(shù)據(jù)緩沖，并能通過時鐘管理模塊來控制前端AD的采樣，該模塊也能穩(wěn)定工作在百兆的頻率下。該系統(tǒng)為多路、高速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并能穩(wěn)定工作，從而能滿足電子測量儀器的要求。關鍵詞：數(shù)據(jù)采集；FPGA；AD9446
標簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-06-04
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隨著科學技術的發(fā)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(tǒng)，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(jù)不同的識別算法采用不同的實現(xiàn)平臺，使得指紋識別系統(tǒng)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(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera．公司開發(fā)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(tǒng)。 本文在綜合考慮各種應用情況的基礎上，以網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、指紋識別技術和嵌入式系統(tǒng)技術為理論基礎，提出了一種有效可行的系統(tǒng)架構方案。對指紋識別技術中各個環(huán)節(jié)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(tǒng)的實時性，采用NiosⅡ嵌入式處理器和FPGA硬件模塊實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(xiàn)。實驗結果表明，在保證系統(tǒng)誤識率較低、可靠性高的基礎上，大大提高了系統(tǒng)的執(zhí)行速度； 3、改變了傳統(tǒng)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(tǒng)的誤識率； 4、改進了傳統(tǒng)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(shù)據(jù)庫技術和網(wǎng)絡技術，開發(fā)了后臺指紋特征匹配服務系統(tǒng)，實現(xiàn)了嵌入式指紋識別系統(tǒng)同數(shù)據(jù)庫的實時信息交換。 實驗結果表明，本文所提出的系統(tǒng)構架方案有效可行，基于FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、擴展性等方面具有獨特的優(yōu)勢，擁有廣闊的發(fā)展前景。
上傳時間： 2013-08-04
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