現場可編程門陣列(FPGA)器件是能通過對其進行編程實現具有用戶規定功能的電路，特別適合集成電路的新品開發和小批量ASIC電路的生產。近幾年來，FPGA的發展非常迅速，但目前國內廠商所使用的FPGA芯片主要還是從國外進口，這種狀況除了給生產廠家帶來很大的成本壓力以外，同時也影響到國家信息產業的保密和安全問題，因此在國內自主研發FPGA便成為一種必然的趨勢。 基于上述現實狀況及國內市場的巨大需求，中國電子科技集團公司第58研究所近年來對FPGA進行了專項研究，本論文正是作為58所專項的一部分研究工作的總結。本文深入研究了FPGA的相關設計技術，并進行了實際的FPGA器件設計，研究工作的重點是在華潤上華(CSMC)0.5μm標準CMOS工藝基礎上進行具有6000有效門的FPGA的電路設計與仿真。 論文首先闡述了可編程邏輯器件的基本結構，就可編程邏輯器件的發展過程及其器件分類，對可編程只讀存儲器、現場可編程邏輯陣列、可編程陣列邏輯、通用邏輯陣列和復雜PLD等的基本結構特點進行了討論。接著討論了FPGA的基本結構與分類及它的編程技術，另外還闡述了FPGA的集成度和速率等相關問題。并根據實際指標要求確定本文研究目標FPGA的基本結構和它的編程技術，在華潤上華0.5μm標準CMOS工藝的基礎上，進行一款FPGA芯片的設計研究工作。進行了可編程邏輯單元的基本結構的設計，并用CMOS邏輯和NMOS傳輸管邏輯實現了函數發生器、快速進位鏈和觸發器的電路設計，并對其進行了仿真，達到了預期的目標。
上傳時間： 2013-07-18
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系統向高速率和大容量擴展的主要障礙，尤其是160Gb/s光傳輸系統中，由PMD引起的脈沖畸變現象更加嚴重。為了克服PMD帶來的危害，國內外已經開始了對PMD補償的研究。但是目前的補償系統復雜、成本高且補償效果不理想，因此采用前向糾錯(FEC)和偏振擾偏器配合抑制PMD的方法，可以實現低成本的PMD補償。 在實驗中將擾偏器連入光時分復用系統，通過觀察其工作前后的脈沖波形，發現擾偏器的應用改善了系統的性能。隨著系統速率的提高，對擾偏器速率的要求也隨之提高，目前市場上擾偏器的速率無法滿足160Gb/s光傳輸系統要求。通過對偏振擾偏器原理的分析，決定采用高速控制電路驅動偏振控制器的方法來實現高速擾偏器的設計。擾偏器采用鈮酸鋰偏振控制器，其響應時間小于100ns，是目前偏振控制器能夠達到的最高速率，但是將其用于160Gb/s高速光通信系統擾偏時，這個速率仍然偏低，因此，提出采用多段鈮酸鋰晶體并行擾偏的方法，彌補鈮酸鋰偏振控制器速率低的問題。通過對幾種處理器的分析和比較，選擇DSP+FPGA作為控制端，DSP芯片用于產生隨機數據，FPGA芯片具有豐富的I/O引腳，工作頻率高，可以實現大量數據的快速并行輸出。這樣的方案可以充分發揮DSP和FPGA各自的優勢。另外對數模轉換芯片也要求響應速度快，本論文以FPGA為核心，完成了FPGA與其它芯片的接口電路設計。在QuartusⅡ集成環境中進行FPGA的開發，使用VHDL語言和原理圖輸入法進行電路設計。 本文設計的偏振擾偏器在高速控制電路的驅動下，可以實現大量的數據處理，采用多段鈮酸鋰晶體并行工作的方法，可以提高偏振擾偏器的速率。利用本方案制作的擾偏器具有高擾偏速率，適合應用于160Gb/s光通信系統中進行PMD補償。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來,隨著微電子技術的高速發展,數字圖像壓縮編碼技術的逐漸成熟,實時圖象處理在多媒體、HDTV、圖像通信等領域有著越來越廣泛的應用,圖像壓縮/解壓的IC芯片也已成為多媒體技術的核心,實現這些算法芯片的研究成為信息產業的新熱點.該文基于FPGA設計了JPEG圖像壓縮編解碼芯片,通過改進算法優化結構,在合理地利用硬件資源的條件下,有效地挖掘出算法內在的并行性.在JPEG編碼器設計中,改進了JEONG的DCT變換算法,采用流水線優化算法解決時間并行性問題,提高了DCT/IDCT模塊的運算速度;設計了基于查找表結構的定點乘法器,便于在設計中共享乘法單元,以適應流水線設計的要求;依據Huffman編碼表的規律性,采用并行查找表結構,用較少的存儲單元完成Huffman編解碼的運算,同時也提高了編解碼速度.在JPEG解碼器設計中,根據Huffman碼字本身的特點和JPEG標準,設計了一種Huffman碼字分組結構,基于該結構提出分組Huffman查找表及地址編碼的設計方法,進而完成了新的快速Huffman解碼算法及其模塊設計.整個設計及其各個模塊都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平臺上進行了邏輯綜合及功能和時序仿真.綜合和仿真結果表明,基于FPGA的JPEG圖像編解碼芯片消耗很少的FPGA硬件資源,達到了較高的工作頻率,在速度和資源利用率方面均達到了較優的狀態,可滿足實時JPEG圖像編解碼的要求.在邏輯設計的基礎上,該設計可以進一步作硬件仿真和實驗,將源代碼燒錄進FPGA芯片,作為獨立器件或有自主知識產權的JPEG IP模塊,應用于可視電話、手機和會議電視等低成本JPEG編解碼系統的實現.
上傳時間： 2013-05-31
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該文探討了以FPGA(Field Programmable Gates Array)為平臺,使用HDL(Hardware Description Language)語言設計并實現符合JPEG靜態圖象壓縮算法基本模式標準的圖象壓縮芯片.在簡要介紹JPEG基本模式標準和FPGA設計流程的基礎上,針對JPEG基本模式硬件編碼器傳統結構的缺點,提出了一種新的改進結構.JPEG基本模式硬件編碼器改進結構的設計思想、設計結構和Verilog設計實現在其后章節中進行了詳細闡述,并分別給出了改進結構中各個模塊的單獨測試結果.在該文的測試部分,闡述利用實際圖像作為輸入,從FPGA的輸出得到了正確的壓縮圖像,計算了相應的圖像壓縮速度和圖象質量指標,并與軟件壓縮的速度和結果做了對比,提出了未來的改進建議.
上傳時間： 2013-04-24
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MPEG-4是目前非常流行的視頻壓縮標準,基于MPEG-4的視頻處理系統有兩種體系結構:可編程結構和專用結構.可編程結構靈活,適用范圍廣,易于升級,但電路復雜,電路功耗大.專用視頻編解碼器結構硬件開銷小,處理速度高.該文主要研究專用的MPEG-4視頻編解碼芯片設計方法.目前市場上MPEG-4視頻編解碼芯片主要是Simple Profile級別的,而我們設計的芯片要實現Advanced Simple Profile級別.該文采用了一種基于大規模FPGA的軟硬件相結的芯片設計方案,我們設計了基于FPGA的MPEG-4芯片設計開發平臺,完成算法的硬件仿真與測試.論文圍繞基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統設計,分為兩個部分.第一部分介紹了目前國內外實現MPEG-4視頻處理系統的主要方法和應用,概述了國際上MPEG-4視頻編解碼芯片設計的一般方法及其發展趨勢,詳細描述了我們的基于FPGA的MPEG-4編解碼芯片開發系統的結構.第二部分重點講述了基于FPGA的MPEG-4芯片開發系統各個電路模塊的設計,包括電源模塊、FPGA配置模塊、時鐘生成模塊、視頻輸入/輸出模塊、RS232串口模塊、以太網接口模塊、USB接口模塊等.同時也介紹了I
上傳時間： 2013-06-15
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隨著電信數據傳輸對速率和帶寬的要求變得越來越迫切,原有建成的網絡是基于話音傳輸業務的網絡,已不能適應當前的需求.而建設新的寬帶網絡需要相當大的投資且建設工期長,無法滿足特定客戶對高速數據傳輸的近期需求.反向復用技術是把一個單一的高速數據流在發送端拆散并放在兩個或者多個低速數據鏈路上進行傳輸,在接收端再還原為高速數據流.該文提出一種基于FPGA的多路E1反向復用傳輸芯片的設計方案,使用四個E1構成高速數據的透明傳輸通道,支持E1線路間最大相對延遲64ms,通過鏈路容量調整機制,可以動態添加或刪除某條E1鏈路,實現靈活、高效的利用現有網絡實現視頻、數據等高速數據的傳輸,能夠節省帶寬資源,降低成本,滿足客戶的需求.系統分為發送和接收兩部分.發送電路實現四路E1的成幀操作,數據拆分采用線路循環與幀間插相結合的方法,A路插滿一幀(30時隙)后,轉入B路E1間插數據,依此類推,循環間插所有的數據.接收電路進行HDB3解碼,幀同步定位(子幀同步和復幀同步),線路延遲判斷,FIFO和SDRAM實現多路數據的對齊,最后按照約定的高速數據流的幀格式輸出數據.整個數字電路采用Verilog硬件描述語言設計,通過前仿真和后仿真的驗證.以30萬門的FPGA器件作為硬件實現,經過綜合和布線,特別是寫約束和增量布線手動調整電路的布局,降低關鍵路徑延時,最終滿足設計要求.
上傳時間： 2013-07-16
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隨著電子技術和EDA技術的發展,大規模可編程邏輯器件PLD(Programmable Logic Device)、現場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gates Array)完全可以取代大規模集成電路芯片,實現計算機可編程接口芯片的功能,并可將若干接口電路的功能集成到一片PLD或FPGA中.基于大規模PLD或FPGA的計算機接口電路不僅具有集成度高、體積小和功耗低等優點,而且還具有獨特的用戶可編程能力,從而實現計算機系統的功能重構.該課題以Altera公司FPGA(FLEX10K)系列產品為載體,在MAX+PLUSⅡ開發環境下采用VHDL語言,設計并實現了計算機可編程并行接芯片8255的功能.設計采用VHDL的結構描述風格,依據芯片功能將系統劃分為內核和外圍邏輯兩大模塊,其中內核模塊又分為RORT A、RORT B、OROT C和Control模塊,每個底層模塊采用RTL(Registers Transfer Language)級描述,整體生成采用MAX+PLUSⅡ的圖形輸入法.通過波形仿真、下載芯片的測試,完成了計算機可編程并行接芯片8255的功能.
上傳時間： 2013-06-08
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在無線通信系統中,信號在傳輸過程中由于多徑效應和信道帶寬的有限性以及信道特性的不完善性導致不可避免地產生碼間串擾(Intersymbol Interference).為了克服碼間串擾所帶來的信號畸變,則必須在接收端增加均衡器,以補償信道特性,正確恢復發送序列.盲均衡器由于不需要訓練序列,僅利用接收信號的統計特性就能對信道特性進行均衡,消除碼間串擾,成為近年來通信領域研究的熱點課題.本課題采用已經取得了很多研究成果的Bussgang類盲均衡算法,主要因為它的計算復雜度小,便于實時實現,具有較好的性能.本文探討了以FPGA(Field Programmable Gates Array)為平臺,使用Verilog HDL(Hardware Description Language)語言設計并實現基于Bussgang類型算法的盲均衡器的硬件系統.本文簡要介紹了Bussgang類型盲均衡算法中的判決引導LMS(DDLMS)和常模(CMA)兩種算法和FPGA設計流程.并詳細闡述了基于FPGA的信道盲均衡器的設計思想、設計結構和Verilog設計實現,以及分別給出了各個模塊的結構框圖以及驗證結果.本課題所設計和實現的信道盲均衡器,為電子設計自動化(EDA)技術做了有益的探索性嘗試,對今后無線通信系統中的單芯片可編程系統(SOPC)的設計運用有著積極的借鑒意義.
上傳時間： 2013-07-25
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加密算法一直在信息安全領域起著無可替代的作用,它直接影響著國家的未來和發展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計算技術的不斷進步,原有的數據加密標準(DES)算法及其變形的安全強度已經難以適應新的安全需要,其實現速度、代碼大小和跨平臺性均難以繼續滿足新的應用需求.在未來的20年內,高級加密標準(AES)將替代DES成為新的數據加密標準.高級加密標準算法是采用對稱密鑰密碼實現的分組密碼,支持128比特分組長度及128比特、192比特與256比特可變密鑰長度.無論在反饋模式還是在非反饋模式中使用AES算法,其軟件和硬件對計算環境的適應性強,性能穩定,密鑰建立時間優良,密鑰靈活性強.存儲需求量低,即使在空間有限的環境使用也具備良好的性能.在分析高級加密標準算法原理的基礎上,描述了圈變換及密鑰擴展的詳細編制原理,用硬件描述語言(VHDL)描述了該算法的整體結構和算法流程.詳細論述了分組密碼的兩種運算模式(反饋模式和非反饋模式)下算法多種體系結構的實現原理,重點論述了基本體系結構、循環展開結構、內部流水線結構、外部流水線結構、混合流水線結構及資源共享結構等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎上,采用自頂向下設計思想,論述了高級加密標準算法的FPGA設計方法,提出了具體模塊劃分方法并對各個模塊的實現進行了詳細論述.圈變換采用內部流水線結構,多個圈變換采用資源共享結構,密鑰調度與加密運算并行執行.占用芯片面積及引腳資源較少,在芯片選型方面具有很好的適應性.
上傳時間： 2013-06-20
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軟件無線電是二十世紀九十年代提出的一種實現無線通信的體系結構，被認為是繼模擬通信、數字通信之后的第三代無線電通信技術。它的中心思想是：構造一個開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，并使寬帶模數和數模轉換器盡可能靠近天線，從而將各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等用軟件來完成。 本論文首先介紹了軟件無線電的基本原理和三種結構形式，綜述了軟件無線電的幾項關鍵技術及其最新研究進展。其中調制解調模塊是軟件無線電系統中的重要部分，集中體現了軟件無線電最顯著的優點——靈活性。目前這一部分的技術實現手段多種多樣。隨著近幾年來芯片制造工藝的飛速發展，可編程器件FPGA以其高速的處理性能、高容量和靈活的可重構能力，成為實現軟件無線電技術的重要手段。 本論文調制解調系統的設計，選擇有代表性的16QAM和QPSK兩種方式作為研究對象，采用SystemView軟件作為系統級開發工具進行集成化設計。在實現系統仿真和FPGA整體規劃后，著重分析用VHDL實現其中關鍵模塊以及利用嵌入FPGA的CPU核控制調制解調方式轉換的方法。同時，在設計中成功地調用了Xilinx公司的IP核，實現了設計復用。由于FPGA內部邏輯可以根據需要進行重構，因而硬件的調試和升級變得很容易，而內嵌CPU使信號處理過程可以用軟件進行控制，充分體現了軟件無線電的靈活性。 通過本論文的研究，初步驗證了在FPGA內實現數字調制解調過程及控制的技術可行性和應用的靈活性，并對將來的擴展問題進行了研究和討論，為實現完整的軟件無線電系統奠定了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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