本文主要對基于FPGA芯片的橢圓曲線密碼算法的實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。由于點(diǎn)乘運(yùn)算極大影響了橢圓曲線密碼系統(tǒng)的加/解密速度，本文對點(diǎn)乘運(yùn)算的FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)優(yōu)化。首先比較分析了三種點(diǎn)乘算法，從運(yùn)算復(fù)雜度的角度確定了蒙哥馬里算法是最利于FPGA芯片實(shí)現(xiàn)的。然后根據(jù)蒙哥馬里算法，用VerilogHDL語言實(shí)現(xiàn)了基于FPGA芯片的橢圓域中的基本運(yùn)算(模加、模乘、模平方和模逆)。通過三種模乘算法在FPGA上的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出一種串并混合的乘法器，達(dá)到了面積與速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim對本課題設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)完成了橢圓曲線密碼算法在FPGA上的實(shí)現(xiàn)。最后使用SynplifyPro進(jìn)行綜合及布局布線，綜合報(bào)告文件證明了本課題所設(shè)計(jì)的ECC加密系統(tǒng)達(dá)到了優(yōu)化芯片速度和面積的目的。
標(biāo)簽： FPGA ECC 密碼算法 優(yōu)化設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著圖像處理和模式識別技術(shù)的進(jìn)步，基于生物特征的識別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，該領(lǐng)域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達(dá)到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術(shù)由于其獨(dú)特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點(diǎn)，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術(shù)是生物識別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)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(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個(gè)基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術(shù)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法進(jìn)行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點(diǎn)，對算法進(jìn)行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了算法的性能；設(shè)計(jì)了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點(diǎn)匹配的指紋識別算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實(shí)用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時(shí)提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個(gè)單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設(shè)計(jì)了一個(gè)便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了初步的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進(jìn)行了算法的移植。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的。基于FPGA的自動(dòng)指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴(kuò)展性方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設(shè)計(jì)繼續(xù)改進(jìn)的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標(biāo)簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間： 2013-06-07
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本文以星載圖像數(shù)據(jù)的壓縮與加密為背景，對CCSDS圖像壓縮算法和AES數(shù)據(jù)加密算法做了深入研究。文章的主要工作包括： (1)實(shí)現(xiàn)了CCSDS圖像壓縮算法的C程序，并且與SPIHT算法和JPEG2000算法在星載圖像壓縮領(lǐng)域做了簡單的對比； (2)對原始CCSDS圖像壓縮算法進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法在提升算法性能的同時(shí)，降低了算法的復(fù)雜度； (3)研究了AES數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了該算法的C程序； (4)用VerilogHDL語言實(shí)現(xiàn)了CCSDS圖像壓縮算法和AES數(shù)據(jù)加密算法的編碼器； (5)在FPGA硬件平臺上，驗(yàn)證了這兩種算法編碼器的正確性和有效性。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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2000年10月2日，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所宣布采用Rijndael算法作為高級加密標(biāo)準(zhǔn)，并于2002年5月26日正式生效，AES算法將在今后很長一段時(shí)間內(nèi)，在信息安全中扮演重要角色。因此，對AES算法實(shí)現(xiàn)的研究就成為了國內(nèi)外的熱點(diǎn)，會(huì)在信息安全領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。用FPGA實(shí)現(xiàn)AES算法具有快速、靈活、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。 本論文就是針對AES加、解密算法在同一片F(xiàn)PGA中的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)問題，在深入分析了AES算法的整體結(jié)構(gòu)、基本變換以及加、解密流程的基礎(chǔ)上，對AES算法的加、解密系統(tǒng)的FPGA優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容為： 1．確定了實(shí)現(xiàn)方案以及關(guān)鍵技術(shù)，在比較了常用的結(jié)構(gòu)后，采用了適合高速并行實(shí)現(xiàn)AES加、解密算法的結(jié)構(gòu)——內(nèi)外混合的流水線結(jié)構(gòu)，并給出了總體的設(shè)計(jì)框圖。由于流水線結(jié)構(gòu)不適用于反饋模式，為了達(dá)到較高的運(yùn)算速度，該系統(tǒng)使用的是電碼本模式(ECB)的工作方式； 2．對各個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)分別予以詳細(xì)分析，結(jié)合算法本身和FPGA的特點(diǎn)，采用查表法優(yōu)化處理了字節(jié)代換運(yùn)算，列混合運(yùn)算和密鑰擴(kuò)展運(yùn)算。同時(shí)，考慮到應(yīng)用環(huán)境的不同，本設(shè)計(jì)支持?jǐn)?shù)據(jù)分組為128比特，密鑰長度為128比特、192比特以及256比特三種模式下的AES算法加、解密過程。完成了AES加、解密算法在同一片F(xiàn)PGA中實(shí)現(xiàn)的這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)； 3．利用QLJARTUSII開發(fā)工具進(jìn)行代碼的編寫工作和綜合編譯工作，在 MODELSIM中進(jìn)行仿真并給出仿真結(jié)果，給出了各個(gè)模塊和整個(gè)設(shè)計(jì)的仿真測試結(jié)果； 4．和其他類似的設(shè)計(jì)做了橫向?qū)Ρ?，得出結(jié)論：本設(shè)計(jì)在保證了速度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了資源和速度的均衡，在性能上具有較大的優(yōu)勢。
上傳時(shí)間： 2013-05-25
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雙基地合成孔徑雷達(dá)(簡稱雙基地SAR或Bistatic SAR)是一種新的成像雷達(dá)，也是當(dāng)今SAR技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向，在軍用及民用領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景，近年來成為研究的熱點(diǎn)。本文則側(cè)重于研究雙基地SAR的距離一多普勒(R-D)成像算法的實(shí)現(xiàn)。 在雙基地SAR系統(tǒng)及成像算法的研究方面，推導(dǎo)了雙基地SAR的系統(tǒng)分辨特性及雷達(dá)方程，分析了主要系統(tǒng)參數(shù)之間的約束關(guān)系。針對正側(cè)視機(jī)載雙基地SAR系統(tǒng)，本文對距離一多普勒算法進(jìn)行了推廣。最后得到點(diǎn)目標(biāo)的仿真結(jié)果。 在成像算法的FPGA實(shí)現(xiàn)上，在System Generator環(huán)境下對算法進(jìn)行定點(diǎn)仿真。完成距離一多普勒成像算法的硬件實(shí)現(xiàn)，其中包括了FFT快速傅立葉變換、硬件乘法器、：Rocket I/O接口設(shè)計(jì)、DCM數(shù)字時(shí)鐘管理等主要部分。針對硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，對算法的部分運(yùn)算進(jìn)行了簡化。 為了對算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)開發(fā)了該算法的硬件測試平臺。主要基于ML310評估板上XC2VP30芯片中嵌入的Power PC 405，完成其硬件部分的設(shè)計(jì)，主要包括了Aurora協(xié)議接口、RS-232串行接口、DDR RAM接口以及其它如中斷、時(shí)鐘等部分。
上傳時(shí)間： 2013-07-26
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本文首先介紹了三種專門用于模糊邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)。詳細(xì)地介紹了利用軟件進(jìn)行模糊邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理以及模糊控制器的軟件程序設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)表明，模糊邏輯系統(tǒng)的C 語言實(shí)現(xiàn)方法是完全可行的，
標(biāo)簽： 模糊邏輯 C語言 實(shí)現(xiàn)方法
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著安全通信數(shù)據(jù)速率的提高,關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密算法的軟件實(shí)施成為重要的系統(tǒng)瓶頸.基于FPGA的高度優(yōu)化的可編程的硬件安全性解決方案提供了并行處理能力,并且可以達(dá)到所要求的加密處理性能(每秒的SSL或RSA運(yùn)算次數(shù))基準(zhǔn).網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,對安全性的需要變得越來越重要.然而,盡管網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步很快,安全性問題仍然相對落后.由于FPGA所提供的設(shè)計(jì)優(yōu)勢,特別是新的高速版本,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)安全性支持.FPGA是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性和功能升級的關(guān)鍵,對于容錯(cuò)、IPSec協(xié)議和系統(tǒng)接口問題而言這兩點(diǎn)非常重要.而且,FPGA還為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了適應(yīng)不同安全處理功能以及隨著安全技術(shù)的發(fā)展方便地增加對新技術(shù)支持的能力.標(biāo)準(zhǔn)加密/解決以及認(rèn)證算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被廣泛用于全球網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)中.本文介紹了基于PCI總線的加密卡的研制,硬件板卡的結(jié)構(gòu),著重論述了加密卡上加密模塊的實(shí)現(xiàn),即用FPGA實(shí)現(xiàn)3DES及IDEA、MD5算法的過程,加密卡的工作原理,加密卡中多種密碼算法的配置原理,最后對3DES算法及IDEA、MD5算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行仿真,并繪制了板卡的原理圖,對PCI接口原理進(jìn)行了闡述.在論文中,首先闡述了數(shù)據(jù)加密原理.介紹了數(shù)據(jù)加密的算法和數(shù)據(jù)加密的技術(shù)發(fā)展趨勢,并重點(diǎn)說明了3DES的算法.由于加密卡的生存空間在于其高速的加密性能與便捷的使用方式,所以,我們的加密卡采用的是基于PCI插槽的結(jié)構(gòu),遵從的是PCI2.2規(guī)范,理解并掌握PCI總線的規(guī)范是了解整個(gè)系統(tǒng)的重要一環(huán),本文講述了PCI總線的特點(diǎn)和性能,以及總線的信號.由于遵從高速性的要求,我們在硬件選型的時(shí)候,選用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能強(qiáng),速度也非常快,但目前價(jià)格仍然太高,不適合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能適中,價(jià)格低廉,產(chǎn)品成熟等特點(diǎn),是較好的選擇.FPGA選用的XILINX公司的XC2V3000,在隨后的文章中,我們將會(huì)對這些器件特性做相應(yīng)說明.并由此得出電路原理圖的繪制.文章的重點(diǎn)之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA實(shí)現(xiàn),以Xilinx公司VIRTEXII結(jié)構(gòu)的VXC2V3000為例,闡述用FPGA高速實(shí)現(xiàn)3DES算法及IDEA、MD5算法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì).
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體的應(yīng)用與服務(wù)越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術(shù)也隨之成為非常重要的研究領(lǐng)域。運(yùn)動(dòng)估計(jì)是視頻壓縮編碼中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于視頻編碼系統(tǒng)的復(fù)雜性主要取決于運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)在視頻編碼器中承擔(dān)的運(yùn)算量最大、控制最為復(fù)雜，由于對視頻編碼的實(shí)時(shí)性要求，因此運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊一般都采用硬件來設(shè)計(jì)。 本文的目的是在FPGA芯片上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種更優(yōu)的易于硬件實(shí)現(xiàn)的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)理論及其主要技術(shù)指標(biāo)，介紹了運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)在MPEG-4中的應(yīng)用，然后在對典型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上討論了一種性能和硬件實(shí)現(xiàn)難易度綜合指數(shù)較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實(shí)現(xiàn)的VLSI結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了符合二步搜索算法要求的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并在對其理論分析之后，對實(shí)現(xiàn)該算法的運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊進(jìn)行了功能模塊的劃分，并運(yùn)用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發(fā)工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與時(shí)序仿真。最后，對整個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊進(jìn)行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實(shí)現(xiàn)后的時(shí)序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時(shí)序仿真結(jié)果可知本文設(shè)計(jì)的各功能模塊工作正常，并且能夠協(xié)同工作，整個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊能夠正確的實(shí)現(xiàn)二步搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，并輸出正確的運(yùn)動(dòng)估計(jì)結(jié)果；通過對占用硬件資源及時(shí)鐘頻率情況的分析驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的二步搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)具備先進(jìn)性和實(shí)時(shí)可實(shí)現(xiàn)性。
標(biāo)簽： FPGA 運(yùn)動(dòng)估計(jì) 算法 仿真
上傳時(shí)間： 2013-05-27
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隨著圖像處理和模式識別技術(shù)的進(jìn)步，基于生物特征的識別技術(shù)成為蓬勃發(fā)展的高技術(shù)之一，根據(jù)IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，該領(lǐng)域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達(dá)到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術(shù)由于其獨(dú)特的可靠性，穩(wěn)定性，方便快捷的特點(diǎn)，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術(shù)是生物識別領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的識別技術(shù)，也是研究與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。 SOPC片上可編程系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前電子設(shè)計(jì)領(lǐng)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(shù)、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內(nèi)部，與用戶自定義邏輯結(jié)合構(gòu)成一個(gè)基于FPGA的片上系統(tǒng)。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統(tǒng)對速度的要求。 本文對指紋識別技術(shù)中各個(gè)環(huán)節(jié)的算法進(jìn)行了較為深入的研究，結(jié)合NiosⅡ嵌入式處理器的特點(diǎn)，對算法進(jìn)行了合理的選擇與優(yōu)化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案。 論文的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 1、對指紋圖像預(yù)處理、后處理和匹配算法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了算法的性能；設(shè)計(jì)了一種適用于快速匹配的指紋特征數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；提出了一套基于特征點(diǎn)匹配的指紋識別算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實(shí)用的要求。 2、本著增加系統(tǒng)集成度、減小系統(tǒng)體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時(shí)提升系統(tǒng)的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設(shè)備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個(gè)單片嵌入式系統(tǒng)，然后以內(nèi)嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設(shè)計(jì)了一個(gè)便攜式指紋識別系統(tǒng)，提出了一套基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)方案。 3、利用NiosⅡ開發(fā)板對硬件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了初步的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了指紋采集芯片F(xiàn)PS200與FPGA的接口，并進(jìn)行了算法的移植。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的。基于FPGA的自動(dòng)指紋識別系統(tǒng)在速度、功耗、體積、擴(kuò)展性方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展空間。最后提出了對這一設(shè)計(jì)繼續(xù)改進(jìn)的思路和下一步研究的內(nèi)容。
標(biāo)簽： FPGA 指紋識別 法的研究 硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間： 2013-07-28
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本文對基于FPGA的CCSDS圖像壓縮和AES加密算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS圖像壓縮算法，并根據(jù)其編碼方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的編解碼器。從算法性能和硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度兩個(gè)方面，將該算法與具有類似算法結(jié)構(gòu)的JPEG2000和SPIHT圖像壓縮算法作比較分析； (2)利用硬件描述語言VerilogHDL實(shí)現(xiàn)CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法； (3)優(yōu)化算法復(fù)雜度較大的功能模塊，如小波變換模塊等。使用雙端口內(nèi)存模塊增加數(shù)據(jù)讀寫速度，利用DSP塊處理核心運(yùn)算單元，從而很大程度上提高了模塊的運(yùn)行速度，并降低了芯片的使用面積； (4)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊級流水線，在幾乎不增加占用芯片面積的情況下，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對該系統(tǒng)進(jìn)行模塊級和系統(tǒng)級的功能仿真、時(shí)序仿真和驗(yàn)證。在硬件系統(tǒng)測試階段，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)FPGA與PC機(jī)的串口通信模塊，提高了系統(tǒng)驗(yàn)證的工作效率。
上傳時(shí)間： 2013-05-19
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