3D加速引擎是3D圖形加速系統的重要組成部分，以往在軟件平臺上對3D引擎的研究，實現了復雜的渲染模型和渲染算法，但這些復雜算法與模型在FPGA上綜合實現具有一定難度，針對FPGA的3D加速引擎設計及其平臺實現需要進一步研究。 本文在研究3D加速引擎結構的基礎上，實現了基于FPGA的圖像處理平臺，使用模塊化的思想，利用IP核技術分析設計實現了3D加速管道及其他模塊，并進行了仿真、驗證、實現。 圖像處理平臺選用Virtex-Ⅳ FPGA為核心器件，并搭載了Hynix HY5DU573222F-25、AT91FR40162S、XCF32P VO48及其他組件。 為滿足3D加速引擎的實現與驗證，設計搭建的圖像處理平臺還實現了DDR-SDRAM控制器模塊、VGA輸出模塊、總線控制器模塊、命令解釋模塊、指令寄存器模塊及控制寄存器模塊。 3D加速引擎設計包含3D加速渲染管道、視角變換管道、基元讀取、頂點FIFO、基元FIFO、寫內存等模塊。針對FPGA的特性，簡化、設計、實現了光照管道、紋理管道、著色管道和Alpha融合管道。 最后使用Modelsim進行了仿真測試和圖像處理平臺上的驗證，其結果表明3D加速引擎設計的大部分功能得到實現，結果令人滿意。
上傳時間： 2013-07-30
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卷積碼是廣泛應用于衛星通信、無線通信等多種通信系統的信道編碼方式。Viterbi算法是卷積碼的最大似然譯碼算法，該算法譯碼性能好、速度快，并且硬件實現結構比較簡單，是最佳的卷積碼譯碼算法。隨著可編程邏輯技術的不斷發展，使用FPGA實現Viterbi譯碼器的設計方法逐漸成為主流。不同通信系統所選用的卷積碼不同，因此設計可重配置的Viterbi譯碼器，使其能夠滿足多種通信系統的應用需求，具有很重要的現實意義。 本文設計了基于FPGA的高速Viterbi譯碼器。在對Viterbi譯碼算法深入研究的基礎上，重點研究了Viterbi譯碼器核心組成模塊的電路實現算法。本設計中分支度量計算模塊采用只計算可能的分支度量值的方法，節省了資源；加比選模塊使用全并行結構保證處理速度；幸存路徑管理模塊使用3指針偶算法的流水線結構，大大提高了譯碼速度。在Xilinx ISE8.2i環境下，用VHDL硬件描述語言編寫程序，實現(2，1，7)卷積碼的Viterbi譯碼器。在(2，1，7)卷積碼譯碼器基礎上，擴展了Viterbi譯碼器的通用性，使其能夠對不同的卷積碼譯碼。譯碼器根據不同的工作模式，可以對(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四種廣泛運用的卷積碼譯碼，并且可以修改譯碼深度等改變譯碼器性能的參數。 本文用Simulink搭建編譯碼系統的通信鏈路，生成測試Viterbi譯碼器所需的軟判決輸入。使用ModelSim SE6.0對各種模式的譯碼器進行全面仿真驗證，Xilinx ISE8.2i時序分析報告表明譯碼器布局布線后最高譯碼速度可達200MHz。在FPGA和DSP組成的硬件平臺上進一步測試譯碼器，譯碼器運行穩定可靠。最后，使用Simulink產生的數據對本文設計的Viterbi譯碼器的譯碼性能進行了分析，仿真結果表明，在同等條件下，本文設計的Viterbi譯碼器與Simulink中的Viterbi譯碼器模塊的譯碼性能相當。
上傳時間： 2013-06-24
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隨著科學技術的飛速發展，電子測量技術被廣泛應用在電子、機械、醫療、測控及航天等各個領域，而電子測量技術要用到各種形式的高質量信號源，因此任意波形發生器的研制就具有非常重要的現實意義。 本文便是基于DDS(DirectDigitalSynthesis)技術進行任意波形發生器研制的。要求可以產生正弦波、方波、三角波與鋸齒波等常規波形，而且能夠產生任意波形，從而滿足研究的需要。具體工作如下： (一)介紹國內外關于任意波形發生器研究的發展情況，闡述頻率合成技術的各種方式與技術對比情況，并選定直接數字頻率合成技術進行研制。 (二)介紹系統的硬件設計構成與功能實現，并對系統部件進行逐一細述。選用單片機作為控制模塊，使用FPGA實現DDS功能作為技術核心，并對外圍電路的設計與接口技術進行分析。 (三)講述DDS的工作原理、工作特點與技術指標，并基于FPGA芯片EP1C3T144C8進行設計，通過使用相位累加器與波形ROM等模塊，實現DDS功能。同時輔以使能模塊與行列式鍵盤，實現各種波形的靈活輸出。 (四)給出系統產生的測試數據，并對影響頻譜純度的雜散與噪聲產生的原因進行分析。
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電思想的出現帶來了接收機實現方式的革新。隨著近年來軟件無線電理論和應用趨于成熟與完善，軟件無線電技術已經被越來越廣泛地應用于無線通信系統和電子測量測試儀器中。數字下變頻技術作為軟件無線電的核心技術之一，在頻譜分析儀中也得到了越來越普遍的應用。 本人參與的手持式頻譜分析儀項目采用的是中頻數字化實現方式，可滿足輕巧，可重配置和低功耗的需求。數字化中頻的關鍵部件數字下變頻器DDC采用的是Intersil公司的ISL5216，這個器件和高性能FPGA共同組成手持頻譜儀的數字信號處理前端。這個數字前端就手持頻譜分析儀來說存在一定的局限性，ISL5216的信號處理帶寬單通道為1 MHz，4個通道級聯為3MHz，未能滿足譜儀分析帶寬日益增加的需求；系統集成度不高，ISL5216的功能要是集成到FPGA，可進一步提高系統集成度，降低物料成本和系統功耗。基于以上兩個方面的考慮，現正以手持頻譜分析儀項目為依托，基于Xilinx Spartan3A-DSP系列FPGA實現高速高處理帶寬的DDC。 本論文首先描述了數字下變頻基本理論和結構，對完成各級數字信號處理所涉及的數字正交變換、CORDIC算法、CIC、HB、多相濾波等關鍵算法做了適當介紹；然后介紹了當前主流FPGA的數字信號處理特性和其內部的DSP資源。接著詳細描述了數控振蕩器NCO、復數數字混頻器MIXER、5級CIC濾波器、5級HB濾波器和255階可編程FIR的設計和實現，并對各個模塊的不同實現方式作了對比和仿真測試數據作了分析。最后介紹了所設計DDC在手持頻譜分析儀中的主要應用。
上傳時間： 2013-04-24
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并行總線PATA從設計至今已快20年歷史，如今它的缺陷已經嚴重阻礙了系統性能的進一步提高，已被串行ATA(Serial ATA)即SATA總線所取代。SATA作為新一代磁盤接口總線，采用點對點方式進行數據傳輸，內置數據/命令校驗單元，支持熱插拔，具有150MB/s(SATA1.0)或300MB/s(SATA2.0)的傳輸速度。目前SATA已在存儲領域廣泛應用，但國內尚無獨立研發的面向FPGA的SATAIP CORE，在這樣的條件下設計面向FPGA應用的SATA IP CORE具有重要的意義。 本論文對協議進行了詳細的分析，建立了SATA IP CORE的層次結構，將設備端SATA IP CORE劃分成應用層、傳輸層、鏈路層和物理層；介紹了實現該IPCORE所選擇的開發工具、開發語言和所選用的芯片；在此基礎上著重闡述協議IP CORE的設計，并對各個部分的設計予以分別闡述，并編碼實現；最后進行綜合和測試。 采用FPGA集成硬核RocketIo MGT(RocketIo Multi-Gigabit Transceiver)實現了1.5Gbps的串行傳輸鏈路；設計滿足協議需求、適合FPGA設計的并行結構，實現了多狀態機的協同工作：在高速設計中，使用了流水線方法進行并行設計，以提高速度，考慮到系統不同部分復雜度的不同，設計采用部分流水線結構；采用在線邏輯分析儀Chipscope pro與SATA總線分析儀進行片上調試與測試，使得調試工作方便快捷、測試數據準確；嚴格按照SATA1.0a協議實現了SATA設備端IP CORE的設計。 最終測試數據表明，本論文設計的基于FPGA的SATA IP CORE滿足協議需求。設計中的SATA IP CORE具有使用方便、集成度高、成本低等優點，在固態電子硬盤SSD(Solid-State Disk)開發中應用本設計，將使開發變得方便快捷，更能夠適應市場需求。
上傳時間： 2013-06-21
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FPGA作為新一代集成電路的出現，引起了數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進行系統開發，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展也越來越先進，在如此良性循環下，不久的將來，FPGA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詳細介紹了軟硬結合的開發優勢。另外，在第一章中還介紹了知識產權核心（IP Core）的發展與前景，特別是IP Core中軟核的設計與開發，許多FGPA的開發公司開始爭奪軟核的開發市場。 @@ 數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議規范。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，以及這三個通信協議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發中，由于集成電路本身的特殊性，其開發流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發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時序分析進行了詳細的論述。在通信協議的開發中，需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環境的搭建等，因此，本文以SPI數據通信協議的設計作為一個開發范例，從協議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協議的開發中，不僅對協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；靜態時序分析；驗證環境
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，以FPGA為代表的數字系統現場集成技術取得了快速的發展，FPGA不但解決了信號處理系統小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規模FPGA單片系統的片上可編程系統(SOPC)的靈活設計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統的通用信號處理系統使用DSP作為處理核心，系統的可重構型不強，FPGA解決了這一問題，并且現有的FPGA中，多數已集成DSP模塊，結合FPGA較強的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，FPGA作為處理核心的通用信號處理系統具有很強的可實施性。 @@ 基于上述要求，作者設計和完成了一個基于多FPGA的通用實時信號處理系統。該系統采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實時數據。作者通過全面的分析，設計了核心板、底板和應用板分離系統架構。該平臺能夠根據實際需求進行靈活的搭配，核心板之間的數據傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)技術，從而使得數據能夠穩定的以非常高的速率進行傳輸。 @@ 本系統屬于高速數字電路的設計范疇，因此必須重視信號完整性的設計與分析問題，作者根據高速電路的設計慣例和軟件輔助設計的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎上，順利地完成了PCB繪制與調試工作。 @@ 作為系統設計的重要環節，作者還在文中研究了在系統設計過程中出現的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數據通道接口和DDR2存儲器接口設計決定本系統的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進行了詳細的闡述和驗證。并結合系統的核心板和底板，完成了應用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設計工作，對其中的部分接口進行了邏輯驗證。 @@ 經過測試，該通用的信號處理平臺具有實時性好、通用性強、可擴展和可重構等特點，能夠滿足當前一些信號處理系統對高速、實時處理的要求，可以廣泛應用于實時信號處理領域。通過本平臺的研究和開發工作，為進一步研究和設計通用、實時信號處理系統打下了堅實的基礎。 @@關鍵詞：通用實時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
上傳時間： 2013-05-27
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虛擬儀器技術是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。目前虛擬儀器大部分是基于PC機，利用PCI等總線技術傳輸數據，數據卡插拔不便，便攜性差。隨著嵌入式技術的飛速發展，嵌入式系統平臺已經應用到各個領域，而市場上的嵌入式虛擬儀器系統還相當少，各種研究工作才剛剛起步，各種高性能的虛擬儀器和處理系統在現代工業控制和科學研究中已成為必不可少的部分。因此在我國開發具有較高性能、接口靈活、功能多樣化、低成本的虛擬儀器裝置勢在必行。 針對目前虛擬儀器系統發展趨勢和特點，采用FPGA技術，進行一種支持多種平臺的高速虛擬儀器系統的設計與研究，并針對高速虛擬儀器系統中的一些技術難點提出解決方案。首先進行了系統的總體設計，確定了采用FPGA作為系統的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺應用程序開發工具，利用USB2.0接口來進行數據傳輸；同時選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統硬軟件平臺。隨后進行了各個具體模塊的設計，在硬件方面，分別設計了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進行了FPGA控制程序的設計工作，實現了對各個模塊和接口電路的控制功能。在上層應用程序的設計方面，設計了Labview應用程序，實現了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機界面良好。在嵌入式平臺上面，進行了WinCE下GPIO驅動程序設計，并在上層應用程序中調用驅動來進行數據的讀取。為了解決高速ADC與數據緩存器的速度不匹配的問題，提出利用多體交叉式存儲器結構的設計方案，并在FPGA內對控制程序進行了設計，對其時序進行了仿真。 最后對系統進行了聯合調試工作，利用上層軟件對輸入波形進行采集。根據調試結果看，該系統對輸入信號進行了較好的采樣和存儲，還原了波形，達到了預期效果。課題研究并且對設計出一種支持多平臺的新型虛擬儀器系統，具有性能好、使用靈活，節省成本等特點，具有較高的研究價值和現實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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本研究針對目標識別等系統中由于載機轉動而使目標圖像發生旋轉，給測量及人眼觀察帶來的影響，因此需要對目標圖像進行實時的反旋轉處理，對目前出現的消像旋技術進行分析和比較，選擇從電子學消旋方法出發，研究圖像消像旋的方法，并給出了基于FPGA的實時消像旋系統的完整結構和相應的算法設計。 本文在對電子圖像消旋原理的深入分析的基礎上，設計并利用Visual C++6.0軟件仿真實現了一種優化的快速旋轉算法，再利用后插值處理保證了圖像的質量；構建了以ACEX EP1K100為核心的數字圖像實時消像旋系統，利用VHDL硬件描述語言實現了整個消像旋算法的FPGA設計。該系統利用高速相機和Camera Link接口傳輸圖像，提高了系統的運行速度。利用QuartusII和Matlab軟件對整個算法設計進行混合仿真實驗。實驗結果表明，該系統能夠成功地對采集到的灰度圖像進行消像旋處理，旋轉后的圖像清晰穩定，像素誤差小于一個像素，而且對于視頻信號只有一幀的延時不到20ms，達到系統參數要求。
上傳時間： 2013-07-04
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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、數據的關鍵，是整個LED視頻顯示系統的核心。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中某固定位置處的圖像。根據已有的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。系統主要分為兩個部分：視頻信號的獲取，視頻信號的處理。 經過分析比較，決定從顯卡的DVI接口獲得視頻源，視頻源經過DVI解碼芯片TFP401A的解碼后，可以獲得圖像的數字信息，這些信息包括紅、綠、藍三基色的數據以及行同步、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，對數據進行處理，最后輸出數據給驅動電路。在信號處理模塊中，采用了可編程邏輯器件FPGA來完成。可編程邏輯器件具有高集成度、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系，這樣就將比較大的系統轉化成許多小的系統，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據的特點，全彩色灰度級的實現方式，決定把系統劃分為視頻源截取、RGB格式轉化、位平面分離、讀SRAM地址發生器、寫SRAM地址發生器、讀寫SRAM選擇控制器、灰度實現等模塊。 最后利用示波器和SignalTap II邏輯分析儀等工具，對系統進行了聯合調試。改進了時序、優化了布局布線，使得系統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。
上傳時間： 2013-05-19
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