矩陣運算是描述許多工程問題中不可缺少的數學關系，矩陣運算具有執行效率好、速度快、集成度高等優點，并且隨著動態可配置技術的發展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運算的高速實現方法是具有很大的現實意義，能夠為高速運算應用提供技術支持。 為了提高研究成果的實用性與商用性，本文主要針對某種體積小、運算速度和性能要求很高的特殊場合設計并實現基于FPGA的矩陣運算功能。通過系統地研究FPGA功能結構、設計原理、DSP接口、IEEE-754標準，深入學習浮點數及矩陣的基礎運算以及硬件編程語言等內容，根據矩陣運算的特點和原理，討論了硬件設計方面重點對具體核心器件結構、特點以及有關FPGA的設計流程和控制器Verilog HDL硬件編程語言代碼方面內容，確定了基于FPGA浮點運算及矩陣運算單元的Verilog HDL設計方法，在Quartus II平臺上對其仿真、記錄運算結果，并對采集到的數據結果進行了深入分析與總結。 本設計通過幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進行了實現測試，驗證了設計結果的正確性，證明了本設計中矩陣運算速率的實用性與高效性，提高了系統資源利用率和系統可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產生活各個領域應用打下良好基礎。
上傳時間： 2013-07-07
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隨著計算機及其外圍設備的發展，傳統的并行接口和串行接口在靈活性和接口擴展等方面存在的缺陷愈來愈不可回避，并逐漸成為計算機通信的瓶頸。在這種情況下，通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)誕生了。USB由于具有傳輸速率高、價格便宜、使用方便、靈活性高、支持熱插拔、接口標準化和易于擴展等優點，目前已經成為計算機外設接口的主流技術，在計算機外圍設備和消費類電子領域正獲得越來越多的應用。 @@ 本文基于USB2．0協議規范，設計了一款支持高速和全速傳輸的USB2．0設備控制器IP核。文中著重介紹了這款設備控制器IP核的設計和FPGA驗證工作，詳細研究并分析了USB2．0規范，根據規范提出了一種USB2．0設備控制器整體構架方案，描述了各個功能子模塊硬件電路的功能及實現。從可重用的角度出發，對設備控制器模塊進行優化設計，增加多個靈活的配置選項，根據不同的應用對硬件進行配置，使其在滿足要求的情況下去除冗余電路，以減少占用面積和功耗，從而使其靈活地應用于各種USB系統。本文還研究了IP核的驗證方法，并對所設計的USB2．0設備控制器建立了功能完備的ModelSim仿真驗證環境，搭建了FPGA硬件驗證平臺，設計了具有AHB接口的設備控制器和帶有8051的設備控制器，并分別在FPGA平臺上進行了功能驗證。 @@ 本文所設計的USB2．0設備控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端點的個數以及每個端點類型等，可以集成于多種USB系統中，適于各類USB設備的開發。本課題所取得的成果為USB2．0設備類的研究和開發積累了經驗，并為后來實驗室某項目測試芯片的USB數據采集提供了參考方案，也為未來USB3．0接口IP核的開發和應用奠定了基礎。 @@關鍵詞USB2．0控制器；IP核；FPGA；驗證
上傳時間： 2013-06-30
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現場可編程門陣列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現是隨著微電子技術的發展，設計與制造集成電路的任務已不完全由半導體廠商來獨立承擔。系統設計師們更愿意自己設計專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設計出合適的ASIC芯片，并且立即投入實際應用之中。現在，FPGA已廣泛地運用于通信領域、消費類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號引入FPGA內部進行邏輯功能的實現并把結果輸出給外部電路，并且根據需要可以進行配置來支持多種不同的接口標準。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實現各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號標準的I/O緩沖器電路。總體而言，可選的I/O資源的特性包括：IO標準的選擇、輸出驅動能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時間控制等。 本文是關于FPGA中多標準兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設計和實現，該課題是成都華微電子系統有限公司FPGA大項目中的一子項，目的為在更新的工藝水平上設計出能夠兼容單端標準的I/O電路模塊；同時針對以前設計的I/O模塊不支持雙端標準的缺點，要求新的電路模塊中擴展出雙端標準的部分。文中以低壓雙端差分標準(LVDS)為代表構建雙端標準收發轉換電路，與單端標準比較，LVDS具有很多優點： (1)LVDS傳輸的信號擺幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過4mA，負載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數據傳輸。 (2)LVDS信號擺幅小，從而使得該結構可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內變化，也就是說LVDS允許收發兩端地電勢有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開發軟件ISE，設計完成了可以用于Virtex系列各低端型號FPGA的IOB結構，它有靈活的可配置性和出色的適應能力，能支持大量的I/O標準，其中包括單端標準，也包括雙端標準如LVDS等。它具有適應性的優點、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結構特征，這些特點可以改進和簡化系統級的設計，為最終的產品設計和生產打下基礎。設計中對包括20種IO標準在內的各電器參數按照用戶手冊描述進行仿真驗證，性能參數已達到預期標準。
上傳時間： 2013-05-15
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SATA接口是新一代的硬盤串行接口標準，和以往的并行硬盤接口比較它具有支持熱插拔、傳輸速率快、執行效率高的明顯優勢。SATA2．0是SATA的第二代標準，它規定在數據線上使用LVDS NRZ串行數據流傳輸數據，速率可達3Gb/s。另外，SATA2．0還具有支持NCQ（本地命令隊列）、端口復用器、交錯啟動等一系列技術特征。正是由于以上的種種技術優點，SATA硬盤業已被廣泛的使用于各種企業級和個人用戶。 硬盤作為主要的信息載體之一，其信息安全問題尤其引起人們的關注。由于在加密時需要實時處理大量的數據，所以對硬盤數據的加密主要使用帶有密鑰的硬件加密的方式。因此將硬盤加密和SATA接口結合起來進行設計和研究，完成基于SATA2．0接口的加解密芯片系統設計具有重要的使用價值和研究價值。 本論文首先介紹了SATA2．0的總線協議，其協議體系結構包括物理層、鏈路層、傳輸層和命令層，并對系統設計中各個層次中涉及的關鍵問題進行了闡述。其次，本論文對ATA協議和命令進行了詳細的解釋和分析，并針對設計中涉及的命令和對其做出的修改進行了說明。接著，本論文對SATA2．0加解密控制芯片的系統設計進行了講解，包括硬件平臺搭建和器件選型、模塊和功能劃分、系統工作原理等，剖析了系統設計中的難點問題并給出解決問題的方法。然后，對系統數據通路的各個模塊的設計和實現進行詳盡的闡述，并給出各個模塊的驗證結果。最后，本文簡要的介紹了驗證平臺搭建和測試環境、測試方法等問題，并分析測試結果。 本SATA2．0硬盤加解密接口電路在Xilinx公司的Virtex5 XC5VLX50T FPGA上進行測試，目前工作正常，性能良好，已經達到項目性能指標要求。本論文在SATA加解密控制芯片設計與實現方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經濟價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著我國國防現代化建設進程的不斷深化，MIL-STD-1553B標準總線已經廣泛應用于各種軍事應用領域。MIL-STD-1553B標準總線是我國上世紀八十年代引進的一種現代化通訊總線，國內稱為GJB289A-97。該總線技術以其高穩定性和使用靈活等特點成為現代航空電子綜合系統所廣泛采用的通訊總線技術。 1553B總線接口模塊作為總線通訊的基本單元，其性能成為影響航電綜合系統整體性能的一個關鍵因素。目前國內關于1553B總線通訊模塊的對外接口類型較多，而基于嵌入式處理芯片的接口設計并不多見。嵌入式設備具有體積小、重量輕、實時性強、功耗小、穩定性好以及接口方便等優點。 基于以上考慮，論文中提出了以DSP+FPGA為平臺實現MIL-STD-1553B總線的收發控制，通過收發控制器和變壓器實現MIL-STD-1553B總線的電氣連接。根據項目需求，設計分為硬件和軟件兩部分完成。在對MIL-STD-1553B總線協議進行詳細研究后提出了總體設計方案原理圖。再根據方案需求設計各功能模塊。使用硬件描述語言VHDL對各功能模塊進行邏輯和行為描述，最終實現在FPGA中，使其能夠完成1553B數據碼的接受、發送、轉換和與處理器的信息交換等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812，使用C語言進行軟件的編譯，使其實現總體控制和通訊的調度等功能。 該方案經過實際參與1553B總線通訊系統驗證實驗，證明各項技術指標均達到預定的目標，可以投入實際應用。
上傳時間： 2013-04-24
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DDR2 SDRAM是目前內存市場上的主流內存。除了通用計算機系統外，大量的嵌入式系統也紛紛采用DDR2內存，越來越多的SoC系統芯片中會集成有DDR2接口模塊。因此，設計一款匹配DDR2的內存控制器將會具有良好的應用前景。 論文在研究了DDR2的JEDEC標準的基礎上，設計出DDR2控制器的整體架構，采用自項向下的設計方法和模塊化的思想，將DDR2控制器劃分為若干模塊，并使用Verilog HDL語言完成DDR2控制器IP軟核中初始化模塊、配置模塊、執行模塊和數據通道模塊的RTL級設計。根據在設計中遇到的問題，對DDR2控制器的整體架構進行改進與完善。在分析了Altera數字PHY的基本性能的基礎上，設計DDR2控制器與數字PHY的接口模塊。搭建DDR2控制器IP軟核的仿真驗證平臺，針對設計的具體功能進行仿真驗證，并實現在Altera Stratix II GX90開發板上對DDR2存儲芯片基本讀/寫操作控制的FPGA功能演示。 論文設計的DDR2控制器的主要特點是： 1.支持數字PHY電路，不需要實際的硬件電路就完成DDR2控制器與DDR2存儲芯片之間的物理層接口，節約了設計成本，縮小了硬件電路的體積。 2.將配置口從初始化模塊中分離出來，簡化了具體操作。 3.支持多個DDR2存儲芯片，使得DDR2控制器的應用范圍更為廣闊。 4.支持DDR2的三項新技術，充分發揮DDR2內存的特性。 5.自動DDR2刷新控制，方便用戶對DDR2內存的控制。
上傳時間： 2013-06-10
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高速數據采集系統在信號檢測、雷達、圖像處理、網絡通信等領域有廣泛應用，不同的應用要求使用不同的總線和不同的設計，但是，無論基于何種應用，其設計的關鍵在接口的實現上。 @@ 隨著cPCI總線技術的發展，cPCI總線逐漸代替了PCI總線、VME總線，成為測控領域中最受人們青睞的總線形式。 @@ 為滿足高速采集過程中數據傳輸速度的要求和采集卡與PC機連接的機械強度的要求，本論文提出設計基于cPCI總線接口的數據采集系統。設計中利用單片FPGA芯片實現PCI協議，代替傳統的FIFO芯片和串并轉換芯片，并完成對模擬電路的控制功能；并提出將應用程序中的一部分數據讀寫操作放入動態鏈接庫中，減少因應用程序反復調用驅動程序而造成的資源浪費和時間的延遲。 @@ 通過分析PCI總線協議，理解高頻數字電路設計方法和高速數據采集原理，本文開發了基于cPCI接口的高速數據采集系統。經過綜合測試和現場應用驗證表明，采集系統已達到了要求的性能指標。 @@關鍵詞：FPGA；數據采集系統；cPCI； PC
上傳時間： 2013-07-08
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現代社會信息量爆炸式增長，由于網絡、多媒體等新技術的發展，用戶對帶寬和速度的需求快速增加。并行傳輸技術由于時鐘抖動和偏移，以及PCB布線的困難，使得傳輸速率的進一步提升面臨設計的極限；而高速串行通信技術憑借其帶寬大、抗干擾性強和接口簡單等優勢，正迅速取代傳統的并行技術，成為業界的主流。 本論文針對目前比較流行并且有很大發展潛力的兩種高速串行接口電路——高速鏈路口和Rocket I/O進行研究，并以Xilinx公司最新款的Virtex-5 FPGA為研究平臺進行仿真設計。本論文的主要工作是以某低成本相控陣雷達信號處理機為設計平臺，在其中的一塊信號處理板上，進行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技術的高速LinkPort(鏈路口)設計和基于CML(Current ModeLogic)技術的Rocket I/O高速串行接口設計。首先在FPGA的軟件中進行程序設計和功能、時序的仿真，當仿真驗證通過之后，重點是在硬件平臺上進行調試。硬件調試驗證的方法是將DSP TS201的鏈路口功能與在FPGA中的模擬高速鏈路口相連接，進行數據的互相傳送，接收和發送的數據相同，證明了高速鏈路口設計的正確性。并且在硬件調試時對Rocket IO GTP收發器進行回環設計，經過回環之后接收到的數據與發送的數據相同，證明了Rocket I/O高速串行接口設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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高速、高精度已經成為伺服驅動系統的發展趨勢，而位置檢測環節是決定伺服系統高速、高精度性能的關鍵環節之一。光電編碼器作為伺服驅動系統中常用的檢測裝置，根據結構和原理的不同分為增量式和絕對式。本文從原理上對增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器做了深入的分析，通過對比它們的特性，得出了絕對式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅動系統的結論。 絕對式光電編碼器精度高、位數多的特點決定其通信方式只能采取串行傳輸方式，且由相應的通信協議控制信息的傳輸。本文首先針對編碼器主要生產廠商日本多摩川公司的絕對式光電編碼器，深入研究了通信協議相關的硬件電路、數據幀格式、時序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開發語言硬件描述語言Verilog HDL，并對基于FPGA的絕對式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎上，采用自頂向下的設計方法，將整個接口電路劃分成發送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個模塊，各個模塊采用Verilog語言進行描述設計編碼器接口電路。最終的設計在相關硬件電路上實現。最后，通過在TMS320F2812伺服控制平臺上編寫的硬件驅動程序驗證了整個設計的各項功能，達到了設計的要求。
上傳時間： 2013-07-11
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本文對基于FPGA的對象存儲控制器原型的硬件設計進行了研究。主要內容如下： ⑴研究了對象存儲控制器的硬件設計，使其高效完成對象級接口的智能化管理和復雜存儲協議的解析，對對象存儲系統整體性能提升有重要意義。基于SoPC(片上可編程系統)技術，在FPGA(現場可編程門陣列)上實現的對象存儲控制器，具有功能配置靈活，調試方便，成本較低等優點。 ⑵采用Cyclone II器件實現的對象存儲控制器的網絡接口，包含處理器模塊、內存模塊、Flash模塊等核心組成部分，提供千兆以太網的網絡接口和PCI(周邊元件擴展接口)總線的主機接口，還具備電源模塊、時鐘模塊等以保證系統正常運行。在設計實現PCB(印制電路板)時，從疊層設計、布局、布線、阻抗匹配等多方面解決高達100MHz的全局時鐘帶來的信號完整性問題，并基于IBIS模型進行了信號完整性分析及仿真。針對各功能模塊提出了相應的調試策略，并完成了部分模塊的調試工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的對象存儲控制器系統設計方案，Virtex-4內嵌PowerPC高性能處理器，可更好地完成對象存儲設備相關的控制和管理工作。實現了豐富的接口設計，包括千兆以太網、光纖通道、SATA(串行高級技術附件)等網絡存儲接口以及較PCI性能更優異的PCI-X(并連的PCI總線)主機接口；提供多種FPGA配置方式。使用Cadence公司的Capture CIS工具完成了該系統硬件的原理圖繪制，通過了設計規則檢查，生成了網表用作下一步設計工作的交付文件。
上傳時間： 2013-04-24
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