圖像增強技術是數字圖像處理領域中的一項重要內容，隨著數字圖像處理應用領域的不斷擴大，快速、實時圖像處理技術成為研究的熱點。超大規模集成電路技術的飛速發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)憑借其高速并行、可重配置的架構和基于查找表的獨特結構等優點使得在數字信號處理領域的應用持續上升。國內外，越來越多的實時圖像處理應用逐漸轉向FPGA平臺。 本文基于FPGA的圖像增強技術研究主要是針對空間域方法，這種方法是指在空間域內直接對像素灰度值進行運算處理，算法簡單并且存在并行性，非常適合于用硬件實現。FPGA可以靈活地實現并行、實時處理圖像數據，正是利用這一特點，本文提出了一種基于FPGA的圖像增強處理系統設計。該系統采用SOPC技術，完成圖像增強處理。文中給出了系統設計思路，并分析了該系統的結構及功能實現，說明了系統實現過程。其硬件平臺的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自頂向下的設計方法構造圖像增強處理功能模塊，利用硬件描述語言vHDL對圖像增強模塊進行電路描述，并進行設計優化、仿真，在生成系統配置文件后加載到FPGA上進行板級調試。完成了基于FPGA的圖像增強算法模塊的設計，重點設計實現了點運算增強處理模塊、中值濾波器模塊，并對中值濾波器進行了改進設計實現，采用FPGA完成了對圖像增強算法的硬件加速。
上傳時間： 2013-06-16
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無人機大氣數據的采集和處理在無人機中占有很重要的位置和作用，它是保障飛機安全飛行以及保證地面控制和操縱人員正確引導飛機、順利完成飛行任務的關鍵所在。在目前廣泛應用的無人機大氣數據測量系統中，多數采用單片機作為大氣數據處理計算機，但是單片機在高速數據采集和處理方面卻存在著抗干擾性差、速度慢等缺點，使測量系統的穩定性和實時性受到了很大的影響。 本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)芯片作為大氣數據處理器，以大氣數據中的氣壓高度為例，介紹了一種基于FPGA技術的無人機氣壓高度測量系統。由于該測量系統中的FPGA數據處理器具有可靠性高、速度快、邏輯功能強等特點，有效地解決了單片機在高速無人機大氣數據測量系統中處理速度較慢、實時性較差的問題。 論文首先介紹了FPGA的基本結構、工作原理、開發設計流程和FPGA編程所采用的VHDL硬件描述語言，還介紹了數字式大氣數據測量系統的基本組成和工作原理，并且詳細闡述了氣壓高度測量的原理和方法；然后提出了基于FPGA的無人機氣壓高度測量系統的整體設計，并對該測量系統各組成部分的硬件電路進行詳細的分析和設計；隨后論文又介紹了氣壓高度測量系統中FPGA的相關軟件設計，并就FPGA內部所設計的各功能模塊的作用、模塊內部結構和工作流程進行詳細的論述；最后使用Modelsim和QuartusII仿真軟件對程序進行功能和時序的仿真，以驗證FPGA內部各功能模塊和FPGA總體設計的正確性，并在所有仿真通過后將程序產生的配置文件下載到FPGA芯片中，在制作和安裝測量系統的電路板后對整個測量系統進行實際的測試，將測試結果與理論值比較并分析測量系統的誤差來源。 根據系統測試的結果，本文驗證了以FPGA芯片為核心的無人機氣壓高度測量系統的可行性，并對該測量系統提出了今后的進一步改進和完善的思路。
上傳時間： 2013-04-24
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本文對基于FPGA的液晶顯示控制系統的設計與實現進行了研究。設計中從LCD技術參數著手，通過對顯示驅動系統結構與工作原理的研究，設計出顯示控制系統的框圖及各功能模塊的VHDL程序，通過單片機系統配置FPGA芯片，控制LCD顯示相應的漢字和圖形。LCD顯示控制系統由顯示控制電路、顯示驅動電路和相關外圍輔助電路組成。顯示控制電路從電路中各個功能模塊所需要的控制時序信號出發，通過對其工作過程的研究，設計出控制器、RAM控制器等各功能模塊。顯示驅動電路從LCD工作所需要的掃描時序信號出發，設計出時序發生電路等各功能模塊。所有的VHDL程序通過了MAX+PLUS—II軟件實現編譯及仿真后，在實際的硬件中調試通過。
上傳時間： 2013-05-24
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隨著 EDA 技術及微電子技術的飛速發展，現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，簡稱 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA的設計水平也達到了一個新的高度。基于FPGA的嵌入式系統設計為現代電子產品設計帶來了更大的靈活性，以Nios Ⅱ軟核處理器為核心的SOPC(System on Programmable Chip)系統便是把嵌入式系統應用在FPGA上的典型例子，本文設計的指紋識別模塊就是基于FPGA的Nios Ⅱ處理器為核心的SOPC設計。通過IP核技術和靈活的軟硬件編程，實現Nios Ⅱ對FPGA外圍器件的控制，并對指紋處理算法進行了改進，研究了指紋識別算法到Nios Ⅱ系統的移植。 本文首先闡述了指紋識別模塊的SOPC設計方案，然后是對模塊的詳細設計。在硬件方面，完成了指紋識別模塊的 FPGA 硬件設計，包括 FPGA 內部的Nios Ⅱ系統硬件設計和 FPGA 外圍電路設計。前者利用 SOPC Builder將Nios Ⅱ處理器、指紋讀取接口 UART、鍵盤與LCD顯示接口、FLASH接口、SDRAM控制器構建成NiosⅡ硬件系統，后者是電源和時鐘電路、SDRAM存儲器電路、FLASH存儲器電路、LCD顯示電路、指紋傳感器電路、FPGA 配置電路這些純實物硬件設計，給出了設計方法和電路連接圖。 在軟件方面，包括下面兩個內容： 完成 FPGA 外圍器件程序設計，實現對外圍器件的操作。 深入的研究了指紋識別算法。對指紋圖像識別算法中的指紋圖像濾波和匹配算法進行了分析，提出了指紋圖像增強改進算法和匹配改進算法，通過試驗，改進后的指紋圖像濾波算法取得了較好的指紋圖像增強效果。改進后的匹配算法速度較快，誤識率較低。最后研究了指紋識別算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系統的實現。
上傳時間： 2013-06-12
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指紋識別作為生物特征識別的一種，在身份識別上有著其他手段不可比擬的優越性：人的指紋具有唯一性和穩定性；隨著指紋傳感器性能的提高和價格的降低．指紋的采集相對容易；指紋識別算法已經比較成熟
上傳時間： 2013-07-28
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隨著數字圖像處理的應用領域不斷擴大，實時處理技術成為研究的熱點。VLSI技術的迅猛發展為數字圖像實時處理技術提供了硬件基礎。其中FPGA(現場可編程門陣列)的特點使其在圖像采集和處理方面的應用顯得更加經濟、靈活、方便。 本文設計了一種以FPGA為工作核心，并實現了PCI接口的圖像采集壓縮系統。整個系統采用了自頂向下的設計方案，先把系統分成了三大塊，即圖像采集、PCI接口和圖像壓縮，然后分別設計各個大模塊中的子模塊。 首先，利用FPGA對專用視頻轉換器SAA7111A進行控制，因為SAA7111A是采用IC總線模塊，從而完成了對SAA7111A的控制，并通過設計圖像采集模塊、讀/寫數據模塊、總線管理模塊等，實現把標準的模擬視頻信號轉換成數字視頻信號并采集的功能。 其次，在了解PCI規范的前提下，深入地分析了PCI時序和地址配置空間等，設計了簡化邏輯的狀態機，并用VHDL硬件描述語言設計了程序，完成了簡化邏輯的PCI接口設計在FPGA芯片內部的實現，達到了一33MHz、32位數據寬度、支持猝發傳輸的PCI從設備模塊的接口功能，與傳統的使用PCI專用接口芯片來實現的PCI接口比較來看，更加節約了系統的邏輯資源，降低了成本，增加了設計的靈活性。 再次，設計了WINDOWS下對PCI接口的驅動程序。驅動程序可以選擇不同的方法來完成，當然每個方法都有自己的特點，對幾種主要設計驅動程序的方法作以比較之后，本文選擇了使用DRIVER WORKS工具來完成。通過對配置空間的設計、系統端口和內存映射的設計、中斷服務的設計等，用VC++語言編寫了驅動程序。 最后，考慮到增加系統的實用性和完備性，還填加設計了圖像的壓縮部分。這部分需要完成的工作是在上述系統完成后，再額外地把采集來的視頻數據通過另一路數據通道按照一定的格式壓縮后存儲到硬盤中。本系統中，這部分設計是利用Altera公司提供的IP核來完成壓縮的，同時還用VHDL語言在FPGA上設計了IDE硬盤接口，使壓縮后的數據存儲到硬盤中。
上傳時間： 2013-06-01
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傳統的數控系統采用的大多是專用的封閉式結構，它能提供給用戶的選擇有限，用戶無法對現有數控設備的功能進行修改以滿足自己的特殊要求；各種廠商提供給用戶的操作方式各不相同，用戶在培訓人員、設備維護等方面要投入大量的時間和資金。這些問題嚴重阻礙了CNC制造商、系統集成者和用戶采用快速而有創造性的方法解決當今制造環境中數控加工和系統集成中的問題。隨著電子技術和計算機技術的高速發展，數控技術正朝向柔性化、智能化和網絡化的方向發展。針對數控系統已存在的問題和未來發展的趨勢，本文致力于建立一個適合現場加工特征的開放結構數控平臺，使系統具備軟硬件可重構的柔性特征，同時把監控診斷和網絡模塊融入數控系統的框架體系之內，滿足智能化和網絡化的要求。 本文在深入研究嵌入式系統技術的基礎上，引入可重構的設計方法，選擇具體的硬件平臺和軟件平臺進行嵌入式可重構數控系統平臺的研發。硬件結構以MOTOROLA的高性能32位嵌入式處理器MC68F375和ALTERA的現場可編程門陣列(FPGA)芯片為核心，配以系統所需的外圍模塊；軟件系統以性能卓越的VxWorks嵌入式實時操作系統為核心，開發所需要的應用軟件，將VxWorks嵌入式實時操作系統擴展為一個完整、實用的嵌入式數控系統。該系統不僅具有可靠性高、穩定性好、功能強的優點，而且具有良好的可移植性和軟硬件可裁減性，便于根據實際需求進行功能的擴展和重構。 本論文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微處理器MC68F375為核心的主控制板的硬件電路設計，以及存儲、采集、通訊和網絡等模塊的設計。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重構設計方法，設計出基于FPGA的電機運動控制、機床IO控制、鍵盤陣列和液晶顯示控制等接口模塊電路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式實時操作系統在硬件平臺上的移植和任務調度原理，合理分配控制系統的管理任務，開發系統的底層驅動程序和應用程序。 最后，本文總結了系統的開發工作，并對嵌入式可重構數控系統的進一步研究提出了自己的一些想法，以指引后續研究工作。
上傳時間： 2013-04-24
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8051系列是至今為止最成功的單片機之一，在FPGA平臺上研究帶硬件浮點運算器的8051是對其在SoC及專用化的方向上的一次邁進。文章首先介紹了8051的基本架構，包括硬件模塊、指令系統、內存分配以及基本外設。然后講解了在設計8051時如何劃分模塊，每個模塊的功能與設計，同時也介紹了如何設計流水線來加速8051的處理速度。對于浮點運算器，文章介紹了IEEE浮點數的表示方法，包括各種特殊值的表示方法以及作用。在探討浮點運算器設計的時候首先是給出了模塊的劃分及其實現的功能，然后以生動的實例介紹了加減乘除四種浮點運算的算法。在介紹完8051與浮點運算器設計以后，文章介紹了如何將浮點運算器集成到8051上，包括硬件上的數據線接口和控制線接口，以及軟件中如何運用硬件浮點運算器。最后文章給出了此設計在ModelSim上的仿真結果以及在CyclonelIFPGA芯片上的驗證過程，可以清楚地看到，與KeilC51軟件庫的浮點運算相比，加法運算從186個時鐘周期減少到4個時鐘周期，減法運算從200個時鐘周期減少到4個時鐘周期，乘法運算從241個時鐘周期減少到4個時鐘周期，而除法則由原來的¨lO個時鐘周期減少到4個時鐘周期，可見硬件浮點運算器使8051在運算能力上有了質的提高。 筆者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“維普數據論文網’’上搜索過，都沒有發現有類似的設計，帶硬件浮點運算器的8051可謂是一次創新，希望在實際應用中能有用武之地。
上傳時間： 2013-04-24
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上傳時間： 2013-07-21
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隨著集成電路的設計規模越來越大，FPGA為了滿足這種設計需求，其規模也越做越大，傳統平面結構的FPGA無法滿足實際設計需求。首先是硬件設計上的很難控制，其次就是計算機軟件面臨很大挑戰，所有復雜問題全部集中到布局布線(P&R)這一步，而實際軟件處理過程中，P&R所占的時間比例是相當大的。為了緩解這種軟件和硬件的設計壓力，多層次化結構的FPGA得以采用。所謂層次化就是可配置邏輯單元內部包含多個邏輯單元(相對于傳統的單一邏輯單元)，并且內部的邏輯單元之間共享連線資源，這種結構有利于減少芯片面積和提高布通率。與此同時，FPGA的EDA設計流程也多了一步，那就是在工藝映射和布局之間增加了基本邏輯單元的裝箱步驟，該步驟既可以認為是工藝映射的后處理，也可認為是布局和布線模塊的預處理，這一步不僅需要考慮打包，還要考慮布線資源的問題。裝箱作為連接軟件前端和后端之間的橋梁，該步驟對FPGA的性能影響是相當大的。 本文通過研究和分析影響芯片步通率的各種因素，提出新的FPGA裝箱算法，可以同時減少裝箱后可配置邏輯單元(CLB)外部的線網數和外部使用的引腳數，從而達到減少布線所需的通道數。該算法和以前的算法相比較，無論從面積，還是通道數方面都有一定的改進。算法的時間復雜度仍然是線性的。與此同時本文還對FPGA的可配置邏輯單元內部連線資源做了分析，如何設計可配置邏輯單元內部的連線資源來達到即減少面積又保證芯片的步通率，同時還可以提高運行速度。 另外，本文還提出將電路分解成為多塊，分別下載到各個芯片的解決方案。以解決FPGA由于容量限制，而無法實現某些特定電路原型驗證。該算法綜合考慮影響多塊芯片性能的各個因數，采用較好的目標函數來達到較優結果。
上傳時間： 2013-04-24
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