密集型的矩陣運算在信號處理和圖像處理中被廣泛應用，而且往往需要系統(tǒng)進行實時運算，這就需要系統(tǒng)具有很高的吞吐率。因此尋找矩陣運算的高速實現(xiàn)方法是很有意義的。FPGA的運算速度快并且可以并行運算，和其它矩陣運算的實現(xiàn)方式相比，F(xiàn)PGA有其獨特的優(yōu)勢。本文主要設計并實現(xiàn)了基于FPGA的各種矩陣運算模塊。 本文首先介紹了矩陣運算的特點和原理，接著討論了FPGA浮點運算單元的VHDL設計方法，在此基礎上，設計了矩陣相乘累加、三角矩陣求逆和一般矩陣分解求逆的運算模塊，給出矩陣階數(shù)擴大時各種矩陣運算的分塊實現(xiàn)方法。然后在ModelSim環(huán)境下仿真了一般矩陣的求逆模塊，與Maflab仿真結果比較，分析了運算精度、時間復雜度和資源占用情況，在Virtex-4系列FPGA硬件平臺上進行了調(diào)試和測試，并通過USB接口將矩陣運算結果送入PC機，驗證了基于FPGA矩陣運算的正確性和可行性。最后對矩陣求逆模塊在雷達信號中的應用作了簡單介紹。
上傳時間： 2013-07-20
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在數(shù)字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發(fā)揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼是基于碼的代數(shù)結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數(shù)結構，還利用了信道的統(tǒng)計特性，能充分發(fā)揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數(shù)傳系統(tǒng)，尤其是在衛(wèi)星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現(xiàn)方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發(fā)環(huán)境Quartus Ⅱ，包括數(shù)字系統(tǒng)的設計方法和設計規(guī)則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現(xiàn)、優(yōu)化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據(jù)仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明，系統(tǒng)的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊稀?/p>
上傳時間： 2013-04-24
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隨著多媒體技術發(fā)展，數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為眾多應用系統(tǒng)的核心和基礎。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術，已經(jīng)廣泛應用于軍事指揮、大視場展覽、跟蹤雷達、電視會議、導航等眾多領域。因而，實現(xiàn)高分辨率高幀率圖像實時處理的技術不僅具有廣泛的應用前景，而且對相關領域的發(fā)展也具有深遠意義。 大視場可視化系統(tǒng)由于屏幕尺寸很大，只有在特制的曲面屏幕上才能使細節(jié)得到充分地展現(xiàn)。為了在曲面屏幕上正確的顯示圖像，需要在投影前實時地對圖像進行幾何校正和邊緣融合。而現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)則是用硬件處理實時圖像數(shù)據(jù)的理想選擇，基于FPGA的圖像處理技術是世界范圍內(nèi)廣泛關注的研究領域。 本課題的主要工作就是設計一個以FPGA為核心的硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對高分辨率高刷新率(1024*768@60Hz)的視頻圖像實時地進行幾何校正和邊緣融合。 論文首先介紹了圖像處理的幾何原理，然后提出了基于FPGA的大視場實時圖像融合處理系統(tǒng)的設計方案和模塊功能劃分。系統(tǒng)分為算法與軟件設計，硬件電路設計和FPGA邏輯設計三個大的部分。本論文主要負責FPGA的邏輯設計。圍繞FPGA的邏輯設計，論文先介紹了系統(tǒng)涉及的關鍵技術，以及使用Verilog語言進行邏輯設計的基本原則。 論文重點對FPGA內(nèi)部模塊設計進行了詳細的闡述。仲裁與控制模塊是頂模塊的主體部分，主要實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)機和時序控制；參數(shù)表模塊主要實現(xiàn)SDRAM存儲器的控制器接口，用于圖像處理時讀取參數(shù)信息。圖像處理模塊是整個系統(tǒng)的核心，通過調(diào)用FPGA內(nèi)嵌的XtremeDSP模塊，高速地完成對圖像數(shù)據(jù)的乘累加運算。最后論文提出并實現(xiàn)了一種基于PicoBlaze核的12C總線接口用于配置FPGA外圍芯片。 經(jīng)過對寄存器傳輸級VerilogHDL代碼的綜合和仿真，結果表明，本文所設計的系統(tǒng)可以應用在大視場可視化系統(tǒng)中完成對高分辨率高幀率圖像的實時處理。
標簽： FPGA 實時圖像 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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針對CDMA系統(tǒng)多徑衰落信道條件下采用MATLAB仿真軟件對單用戶RAKE接收機和多用戶RAKE接收機之間分別進行了仿真。并采用最大比合并、等增益合并、選擇式合并這三種合并方式進行比較。給出仿真結果及誤碼率性能參數(shù)。通過比較三種合并方式的比較得出最大合并比方式更適合RAKE接收機。通過單用戶與多用戶RAKE接收機的比較，得出RAKE接收機更適合于多用戶情況。并通過多用戶間的比較得出增多用戶對同狀態(tài)下信噪比要求增加不大。
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是信號與信息處理系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，同時也是軟件無線電系統(tǒng)中的核心模塊，在現(xiàn)代雷達系統(tǒng)以及無線基站系統(tǒng)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(xiàn)在高性能FPGA平臺上設計SOC系統(tǒng)的思路，本文提出了由高速高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA、PCI總線接口、DB25并行接口組成的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案及實現(xiàn)方法。其中FPGA作為本系統(tǒng)的控制核心和傳輸橋梁，發(fā)揮了極其重要的作用。通過FPGA不僅完成了系統(tǒng)中全部數(shù)字電路部分的設計，并且使系統(tǒng)具有了較高的可適應性、可擴展性和可調(diào)試性。 在時序數(shù)字邏輯設計上，充分利用FPGA中豐富的時序資源，如鎖相環(huán)PLL、觸發(fā)器，緩沖器FIFO、計數(shù)器等，能夠方便的完成對系統(tǒng)輸入輸出時鐘的精確控制以及根據(jù)系統(tǒng)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(nèi)存儲器。可根據(jù)系統(tǒng)需要隨時進行設置，并且能夠方便的完成數(shù)據(jù)格式的合并、拆分以及數(shù)據(jù)傳輸率的調(diào)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(shù)據(jù)傳輸模式。通過FPGA中的宏功能模塊和IP資源實現(xiàn)了對這兩種接口的邏輯控制，可使系統(tǒng)方便的在兩種傳輸模式下進行切換。 在系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)工作過程的控制和工作模式的選擇。 在系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)整個傳輸過程中數(shù)據(jù)的正確性和時序性，并極大的降低了用常規(guī)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(jié)詳細介紹了系統(tǒng)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(diào)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(tǒng)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(tǒng)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。
標簽： FPGA 控制 高速數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-09
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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(nèi)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。
標簽： FPGA 嵌入式 指紋識別 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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由于其很強的糾錯性能和適合硬件實現(xiàn)的編譯碼算法，卷積編碼和軟判決維特比譯碼目前已經(jīng)廣泛應用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)。然而隨著航天事業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，信息量越來越大。如何在低信噪比的功率受限信道條件下提高傳輸速率成為目前亟待解決的問題。本論文結合在研項目，在編譯碼算法、編譯碼器的設計與實現(xiàn)、編譯碼器性能提高三個方面對卷積編碼和維特比譯碼進行了深入研究，并進一步介紹了使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式，實現(xiàn)一種(7,3/4)增信刪余方式的高速卷積編碼器和維特比譯碼器的詳細過程；然后將設計下載到XILINX的Virtex2 FPGA內(nèi)部進行功能和時序確認，最終在整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中測試其性能。本文所實現(xiàn)的維特比譯碼器速率達160Mbps，遠遠高于目前國內(nèi)此領域內(nèi)的相關產(chǎn)品速率。 首先，論文具體介紹了卷積編碼和維特比譯碼的算法，研究卷積碼的各種參數(shù)(約束長度、生成多項式、碼率以及增信刪余等)對其譯碼性能的影響；針對項目需求，確定卷積編碼器的約束長度、生成多項式格式、碼率和相應的維特比譯碼器的回歸長度。 其次，論文介紹了編解碼器的軟、硬件設計和調(diào)試一根據(jù)已知條件，使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式設計卷積編碼和維特比譯碼的源代碼和原理圖，分別采用功能和電路級仿真，確定卷積編碼和維特比譯碼分別需要占用的資源，考慮卷積編碼器和維特比譯碼器的具體設計問題，包括編譯碼的基本結構，各個模塊的功能及實現(xiàn)策略，編譯碼器的時序、邏輯綜合等；根據(jù)軟件仿真結果，分別確定卷積編碼器和維特比譯碼器的接口、所需的FPGA器件選型和進行各自的印制板設計。利用卷積碼本身的特點，結合FPGA內(nèi)部結構，采用并行卷積編碼和譯碼運算，設計出高速編譯碼器；對軟、硬件分別進行驗證和調(diào)試，并將驗證后的軟件下載到FPGA進行電路級調(diào)試。 最后，論文討論了卷積編碼和維特比譯碼的性能：利用已有的測試設備在整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中測試其性能(與沒有采用糾錯編碼的數(shù)傳系統(tǒng)進行比對)；在信道中加入高斯白噪聲，模擬高斯信道，進行誤碼率和信噪比測試。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著人們對無線通信需求和質(zhì)量的要求越來越高，無線通信設備的研發(fā)也變得越來越復雜，系統(tǒng)測試在整個設備研發(fā)過程中所占的比重也越來越大。為了能夠盡快縮短研發(fā)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(tǒng)進行調(diào)試與測試。無線信道仿真器是進行無線通信系統(tǒng)硬件調(diào)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(xiàn)了頻率選擇性衰落信道。信道仿真器實現(xiàn)了四根天線數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)，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(wěn)非相關散射模型(WSSUS)。無線信道仿真器模擬了上行數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境，上行數(shù)據(jù)由后臺產(chǎn)生后儲存在單板上的SDRAM中。啟動測試之后，上行數(shù)據(jù)在CPU的控制下通過信道仿真器，然后送達基帶處理板解調(diào)，最后測試數(shù)據(jù)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(xié)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(tǒng)設計方案的吸收和修改。 其次，針對FPGA內(nèi)部資源結構，研究了信道仿真器FPGA實現(xiàn)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(fā)、仿真、綜合和板上調(diào)試；完成了FPGA和后臺軟件的聯(lián)合調(diào)試；完成了兩天線到四天線的改版工作，使FPGA內(nèi)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(jù)3GPP TS 25.141 V6.13.0協(xié)議中的要求進行，即在數(shù)據(jù)誤塊率(BLER)一定的情況下，對不同信道傳播環(huán)境和不同傳輸業(yè)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(xié)議中規(guī)定的信噪比(Eb/No)的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息量的急劇增長，信息安全日益受到人們重視。移動硬盤的出現(xiàn)使得數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移和攜帶更加方便，但也不可避免的帶來了數(shù)據(jù)安全隱患。只要竊走了移動硬盤，任何想竊取硬盤信息的人便可以輕松得逞，即使設置了類似訪問口令這樣的邏輯密鑰，要想破解也不是件難事。 一個完整的數(shù)據(jù)加解密系統(tǒng)應該具備安全可靠的密碼認證機制和數(shù)據(jù)加解密算法。本文基于MEMS強鏈、USB控制器和FPGA設計了一種USB接口的高效數(shù)據(jù)加解密系統(tǒng)，采用物理認證并用硬件實現(xiàn)AES加密算法。普通IDE硬盤掛接該系統(tǒng)后成為安全性極高的加密USB移動硬盤，其平均數(shù)據(jù)吞吐率接近普通U盤，達到10MB/s。
標簽： USB 移動 硬盤數(shù)據(jù) 加密技術
上傳時間： 2013-06-16
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目前，H.264是圖像編碼研究領域的一個熱點。它在語言結構、預測算法、數(shù)據(jù)變換等方面做了很大的改進，在低碼率傳輸、高清晰度顯示及網(wǎng)絡接入等性能上相比以往標準有了顯著提高，使得H.264在視頻會議、視頻點播、數(shù)字電視和手...
上傳時間： 2013-05-27
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