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  • 動態可重構FPGA的布局布線算法研究

    可編程邏輯芯片特別是現場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)芯片的快速發展,使得新的芯片能夠根據具體應用動態地調整結構以獲得更好的性能,這類芯片稱為動態可重構FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA,DRFPGA)。然而,使用這類芯片構建的可重構系統在實際應用前還有許多問題需要解決。一個基本的問題就是動態可重構FPGA芯片中的可重構功能單元(Reconfigurable Functional Unit,RFU)的模塊布局問題和模塊間的布線問題。 本文從基本的FPGA芯片結構和CAD算法談起,介紹了可重構計算的概念,建立了可重構計算系統模型和動態可重構FPGA芯片模型,在此模型上提出一個基于劃分和時延驅動的在線布局算法,和一個基于Pathfinder協商擁塞算法的布線算法,來解決動態可重構FPGA芯片的布局和布線問題。由硬件描述語言(Hardware Description Language,HDL)描述的電路首先被劃分成有限數目的層,然后將這些電路層布局到芯片的每一層,同時確保關鍵路徑的時延最小。實驗結果表明,布局算法與傳統的布局算法(或者文獻[37]中的算法)相比,在時延上平均減少27%,在線長上平均減少34%(或者11%),在運行時間上平均減少42%(或者97%)。布線算法與傳統的布線算法相比,能夠將線長降低26%,將水平通道寬度降低27%,顯示出較高的性能。

    標簽: FPGA 動態可重構 布局布線 算法研究

    上傳時間: 2013-05-24

    上傳用戶:Neoemily

  • 基于FPGA的FFT信號處理器的設計與實現

    現場可編程門陣列(FPGA)是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,它結合了微電子技術、電路技術和EDA(Electronics Design Automation)技術。隨著它的廣泛應用和快速發展,使設計電路的規模和集成度不斷提高,同時也帶來了電子系統設計方法和設計思想的不斷推陳出新。 隨著數字電子技術的發展,數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。離散傅立葉變換(DFT)作為數字信號處理中的基本運算,發揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運算量減小了幾個數量級,使得數字信號處理的實現變得更加容易。FFT已經成為現代數字信號處理的核心技術之一,因此對FFT算法及其實現方法的研究具有很強的理論和現實意義。 本文主要研究如何利用FPGA實現FFT算法,研制具有自主知識產權的FFT信號處理器。該設計采用高效基-16算法實現了一種4096點FFT復數浮點運算處理器,其蝶形處理單元的基-16運算核采用兩級改進的基-4算法級聯實現,僅用8個實數乘法器就可實現基-16蝶形單元所需的8次復數乘法運算,在保持處理速度的優勢下,比傳統的基-16算法節省了75%的乘法器邏輯資源。 在重點研究處理器蝶形單元設計的基礎上,本文完成了整個FFT處理器電路的FPGA設計。首先基于對處理器功能和特點的分析,研究了FFT算法的選取和優化,并完成了處理器體系結構的設計;在此基礎上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點研究了具體的實現方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發環境中實現了處理器各個模塊的RTL設計:隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個FFT處理器的電路設計實現。 經過仿真驗證,本文所設計的FFT處理器芯片運行速度達到了100MHz,占用的FPGA門數為552806,電路的信噪比可以達到50dB以上,達到了高速高性能的設計要求。

    標簽: FPGA FFT 信號處理器

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:科學怪人

  • 快速傅里葉變換

    上傳快速傅里葉變換 FFT源碼與大家分享 TI的DSP

    標簽: 快速傅里葉變換

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:whenfly

  • 電磁無損檢測系統的設計與實現

    近年來,在鋼鐵材質質量檢測的研究領域,電磁無損檢測方法以其非破壞性和簡便快速的優點取得了大量成果,然而對于鋼材及其制品的混料、硬度和裂紋質量檢測還存在許多難題.如用傳統檢測平臺檢測鋼鐵件硬度的檢測精度和速度都不夠理想。 基于上述情況,論文將先進的SOPC技術應用到鋼鐵件的電磁無損檢測中。SOPC技術將處理器、存儲器、IO接口、各種外圍設備等系統設計需要的部件集成到一個可編程邏輯器件上,構建成一個可編程的片上系統。 論文詳細論述了基于FPGA的電磁無損檢測試驗裝置的理論基礎,并在此基礎上給出了總體設計方案。全文著重敘述了系統的模擬部分,系統配置以及軟件部分的整個設計過程。利用QuartusⅡ自定義外設和Avalon總線多主并行處理的特點,采用Vefilog HDL,語言實現激勵信號發生器和高速數據采集器,使得信號激勵和信號采集在同一片芯片中實現,從而提高了信號及信號處理的精確度。由于電磁檢測對多種參數的敏感反應,必須抑制由此引入的多種因素的干擾,利用FIR數字濾波和相關方法從眾多的干擾信號中提取出有效信號的幅度和相位,同時利用NiosⅡC2H功能對濾波模塊進行硬件加速處理,大大提高了信號處理的速度。利用最小二乘法建立回歸方程模型進行無損檢測。最后運用此電磁無損檢測系統對軸承鋼的硬度進行了定性測試,取得了較好的檢測結果。 試驗結果表明,將SOPC技術應用到電磁無損檢測系統中,系統的檢測速度和檢測精度都有所提高,并使得整個系統在規模、可靠性、性能指標、開發成本、產品維護及硬件升級等多方面實現了優化。

    標簽: 電磁 無損檢測

    上傳時間: 2013-06-04

    上傳用戶:13081287919

  • 基于FPGA的電力諧波分析儀的研究

    隨著現代工業的高速發展,電力系統的非線性負荷日益增多,嚴重地污染了電網的環境,威脅著電網中的各種電氣設備的安全經濟運行,不論從保證電力系統和供電系統的安全經濟運行或是從保證設備和人身的安全來看,對諧波污染造成的危害影響加以經常監測和限制都是極為迫切的。諧波測量是諧波治理的重要前提條件,也是分析解決諧波治理問題的基本問題。國內外已有各種諧波檢測的研究,形成了多種諧波檢測方法,基于快速傅立葉變化的FFT是當前諧波檢測中應用最為廣泛的一種諧波檢測方法。特別是經過技術補償后的FFT算法,在諧波檢測中具有更好的性能。但該方法在實現上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司產品),其實時性不強,影響了檢測性能。隨著微電子技術和數字信號處理技術的發展,基于FPGA的數字信號處理具有高速、開發簡便、易于形成ASIC等優勢而得到了廣泛的應用。論文在分析諧波測量方法的基礎上,提出了基于FPGA實現電網諧波測量系統。以嵌入式處理器NiosⅡ為核心,實現了電網諧波分析的周期圖功率譜分析方法。在整個系統硬件設計的基礎上,主要完成了基-28點、16點、32的FFT模塊、完成了求模運算模塊以及輸出顯示模塊。通過比較仿真得到的方波、正弦信號的譜結構與實際系統輸出的譜結構,驗證了該實現方法的正確性。

    標簽: FPGA 電力諧波 分析儀

    上傳時間: 2013-06-30

    上傳用戶:無聊來刷下

  • 基于FPGA的快速傅立葉變換

    隨著數字電子技術的發展,數字信號處理廣泛應用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform,FFT)在數字信號處理系統中起著很重要的作用,FFT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform,DFT)的運算效率。 處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實時處理的性能,而現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件,在處理大規模數據方面,有極大的優勢。論文采用了在FPGA中實現FFT算法的方案。 數字信號處理板的硬件電路設計是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎上,根據實時處理的要求,給出了數字信號處理板的硬件設計方案并對硬件電路的實現進行了分析和說明。 依據數字系統的設計方法,分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language,VHDL)實現了1024點的FFT,接著對三種方法進行了評估,得出了FPGA完全能滿足處理器的實時處理的要求的結論。然后根據通用串行總線(Universial Serial Bus,USB)協議,利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序,實現了設備的枚舉過程。

    標簽: FPGA 傅立葉變換

    上傳時間: 2013-08-01

    上傳用戶:Aidane

  • 基于FPGA的OFDM調制解調器的設計與實現

    正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術,具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點,適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求,將成為下一代無線通信系統(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析,指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢;然后針對OFDM中的信道估計技術,深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論,在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法,并利用Matlab做了相應的仿真比較,驗證了它們的有效性。 而后,在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上,對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真,并給出了數據曲線,通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后,設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求,設定了合理的參數;然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手,對串/并轉換,QPSK映射,過采樣處理,插入導頻,添加循環前綴,IFFT/FFT,幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計,詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程,并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中,針對定點運算的局限性,為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式,參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算,在系統參數允許的范圍內,充分利用了有限資源,提高了系統運算精度;然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現,針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多,資源占用較大的問題,提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案,使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現,結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據,對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析,證明了設計的可行性。 綜上所述,本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。

    標簽: FPGA OFDM 調制解調器

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:vaidya1bond007b1

  • 計算機組成實驗平臺的設計與實現

    《計算機組成原理》是計算機系的一門核心課程。但是它涉及的知識面非常廣,內容包括中央處理器、指令系統、存儲系統、總線和輸入輸出系統等方面,學生在學習該課程時,普遍覺得內容抽象難于理解。但借助于該計算機組成原理實驗系統,學生通過實驗環節,可以進一步融會貫通學習內容,掌握計算機各模塊的工作原理,相互關系的來龍去脈。 為了增強實驗系統的功能,提高系統的靈活性,降低實驗成本,我們采用FPGA芯片技術來徹底更新現有的計算器組成原理實驗平臺。該技術可根據用戶要求為芯片加載由VHDL語言所編寫出的不同的硬件邏輯,FPGA芯片具有重復編程能力,使得系統內硬件的功能可以像軟件一樣被編程,這種稱為“軟”硬件的全新系統設計概念,使實驗系統具有極強的靈活性和適應性。它不僅使該系統性能的改進和擴充變得十分簡易和方便,而且使學生自己設計不同的實驗變為可能。計算機組成原理實驗的最終目的是讓學生能夠設計CPU,但首先,學生必須知道CPU的各個功能部件是如何工作,以及相互之間是如何配合構成CPU的。因此,我們必須先設計出一個教學用的以FPGA芯片為核心的硬件平臺,然后在此基礎上開發出VHDL部件庫及主要邏輯功能,并設計出一套實驗。 本文重點研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系統,由于VHDL的高標準化和硬件描述能力,現代CPU的主要功能如計算,存儲,I/O操作等均可由VHDL來實現。同時設計實驗內容,包括時序電路的組成及控制原理實驗、八位運算器的組成及復合運算實驗、存儲器實驗、數據通路實驗、浮點運算器實驗、多流水線處理器實驗等,這些實驗形成一個相互關聯的系統。每個實驗先由教師講解原理及原理圖,學生根據教師提供的原理圖,自己用MAX+PLUSII完成電路輸入,學生實驗實際上是編寫VHDL,不需要寫得很復雜,只要能調用接口,然后將程序燒入平臺,這樣既不會讓學生花太多的時間在畫電路圖上,又能讓學生更好的理解每個部件的工作原理和工作過程。 論文首先研究分析了FPGA硬件實驗平臺,即實驗系統的硬件組成。系統采用FPGA-XC4010EPC84,62256CPLD以及其他外圍芯片(例如74LS244,74LS275)組成。根據不同的實驗要求,規劃不同實驗控制邏輯。用戶可選擇不同的實驗邏輯,通過把實驗邏輯下載到FPGA芯片中構成自己的實驗平臺。 其次,論文詳細的闡述了VHDL模塊化設計,如何運用VHDL技術來依次實現CPU的各個功能部件。VHDL語言作為一種國際標準化的硬件描述語言,自1987年獲得IEEE批準以來,經過了1993年和2001年兩次修改,至今已被眾多的國際知名電子設計自動化(EDA)工具研發商所采用,并隨同EDA設計工具一起廣泛地進入了數字系統設計與研發領域,目前已成為電子業界普遍接受的一種硬件設計技術。再次,論文針對實驗平臺中遇到的較為棘手的多流水線等問題,也進行了深入的闡述和剖析。學生需要什么樣的實驗條件,實驗內容及步驟才能了解當今CPU所采用的核心技術,才能掌握CPU的設計,運行原理。另外,本論文的背景是需要學生熟悉基本的VHDL知識或技能,因為實驗是在編寫VHDL代碼的前提下完成的。 本文在基于實驗室的環境下,基本上較為完整的實現了一個基于FPGA的實驗平臺方案。在此基礎上,進行了部分功能的測試和部分性能方面的分析。本論文的研究,為FPGA在實際系統中的應用提供研究思路和參考方案。論文的研究結果將對FPGA與VHDL標準的進一步發展具有重要的理論和現實意義。

    標簽: 計算機組成 實驗

    上傳時間: 2013-04-24

    上傳用戶:小強mmmm

  • 基于FPGA的電力系統諧波檢測方法

    隨著技術的飛速發展,電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大,數量日益增多。由于非線性器件的廣泛使用,使得電網中的諧波污染日益嚴重,給電力系統和各類用電設備帶來危害,輕則增加能耗,縮短設備使用壽命,重則造成用電事故,影響安全生產,電力諧波已經成為電力系統的公害。除了傳統的濾波方法,例如,無源濾波、改變系統的拓補結構來抑制諧波外,人們已廣泛應用有源濾波器(APF)來消除注入電網的諧波,而實現有源濾波策略的前提就是能夠實時、精確地檢測出諧波電流。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支,是解決其他相關諧波問題的基礎,因此進行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實用價值。設計一種精度高、實時性好且適用范圍寬的諧波電流檢測方法是國內外眾多學者致力研究的目標。 本文主要從諧波檢測理論和實現方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數字系統的相關問題。論文中闡述了電力系統諧波的相關概念和產生原理,并分析了電力諧波的特點,對國內外各種諧波檢測方法進行了分析和研究。在檢測理論上,本文采用FFT理論來計算諧波含量,研究了Radix-2 FFT在諧波檢測中的應用,綜述了可編程元器件的發展過程、工藝發展及目前的應用情況,并介紹了一種主流硬件描述語言VHDL。最后以FPGA芯片XC2S200為硬件平臺,以ISE6.0為軟件平臺,利用VHDL語言描述的方式實現了512點16Bit的快速傅立葉變換系統,并進行了仿真、綜合等工作。仿真結果表明其計算結果達到了一定的精度,運行速度可以滿足一般實時信號處理的要求。

    標簽: FPGA 電力系統 檢測方法 諧波

    上傳時間: 2013-06-02

    上傳用戶:moshushi0009

  • 基于FPGA的短波數字信號調制解調

    在衛星通信、移動通信技術快速發展的今天,短波這一最古老和傳統的通信方式不僅沒有被淘汰,還在快速發展。其通信距離遠、設備簡單以及移動方便等優點被廣泛應用于無線通信領域。 數字調制技術作為通信領域中極為重要的一個方面,也得到了迅速發展。全數字調制解調技術的使用使各類現代調制解調技術融合一體,目前國內多速率/多制式調制解調大多基于通用.DSP實現,支持的速率比較低。由于運算量大和硬件參數的限制,采用通用DSP無法勝任高速率調制解調的任務。現代FPGA可以提供支持以低系統丌銷、低成本實現高速乘.累加超前進位鏈的DSP算法。本文采用理論與實踐相結合的方式研究基于FPGA技術來實現短波數字信號的調制解調。通過對具體的FPGA系統設計與調試,將理論應用到實際中。 本文通過具體的EPlC60240C8芯片作為處理器的FPGA實驗板,研究了短波數字信號調制解調的設計與丌發過程。分析了現代通信的各種調制方式.誤碼率。得出了不同的調制方式的優劣性。最后重點提出了QPSK的調制解調方法。給出了Qf'SK的調制解調框圖、QPSK的SystemView系統仿真、VHDL程序進行調制解調,在OUARTUS上進行仿真。然后設計AD/DA輸入輸出電路,對短波數字信號進行調制解調。通過設計的AD/DA電路輸入短波數字信號進行調制解調,然后輸出原始的模擬信號。文中還對比了其他的調制解調方式,通過對比,發現不同的調制解調方式對短波信號的影響。最后,通過比較FPGA與DSP在處理高速率、大容量的數字信號,得出不同的結論。展示了FPGA在這方面的優越性。

    標簽: FPGA 短波 數字信號 調制解調

    上傳時間: 2013-06-05

    上傳用戶:362279997

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