現(xiàn)代數(shù)字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數(shù)字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產(chǎn)品。隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展，具有強大并行處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數(shù)字濾波、相關(guān)運算等數(shù)字信號處理算法的高效實現(xiàn)。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內(nèi)資源的限制，設計了級聯(lián)和并行遞歸兩種結(jié)構(gòu)的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優(yōu)化和改進措施。 其次，分析了具有相同結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波和相關(guān)運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)乘累加(MAC)運算。無乘法器結(jié)構(gòu)采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉(zhuǎn)化為FPGA易于實現(xiàn)的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關(guān)運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預處理模塊。在一片EP2S60上實現(xiàn)了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設計要求。
標簽： FPGA 數(shù)字信號處理 算法研究
上傳時間： 2013-06-09
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為適應組合導航計算機系統(tǒng)的微型化、高性能度的要求，拓寬導航計算機的應用領(lǐng)域，本文設計出一種基于浮點型DSP(TMS320C6713)和可編程邏輯陣列器件(FPGA： EP1C12N240C8)協(xié)同合作的導航計算機系統(tǒng)。 論文在闡述了組合導航計算機的特點和應用要求后，提出基于DSP和FPGA的組合導航計算機系統(tǒng)方案。該方案以DSP為導航解算處理器，由FPGA完成IMU信號的采集和緩存以及系統(tǒng)控制信號的整合；DSP通過EMIF接口實現(xiàn)和FPGA通信。在此基礎上研究了各擴展通信接口、系統(tǒng)硬件原理圖和PCB的開發(fā)，且在FPGA中使用調(diào)用IP核來實現(xiàn)FIR低通濾波數(shù)據(jù)處理機抖激光陀螺的機抖振動的影響。其次，詳細闡述了利用TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境和DSP/BIOS準實時操作系統(tǒng)開發(fā)多任務系統(tǒng)軟件的具體方案。本文引入DSP/BIOS實時操作系統(tǒng)提供的多任務機制，將采集處理按照功能劃分四個相對獨立的任務，這些任務在DSP/BIOS的調(diào)度下，按照用戶指定的優(yōu)先級運行，大大提高系統(tǒng)的工作效率。最后給了DSP芯片Bootloader的制作方法。 導航計算機系統(tǒng)研制開發(fā)是軟、硬件研究緊密結(jié)合的過程。在微型導航計算機系統(tǒng)方案建立的基礎上，本文首先討論了系統(tǒng)硬件整體設計和軟件開發(fā)流程；其次針對導航計算機系統(tǒng)各個功能模塊以及多項關(guān)鍵技術(shù)進行了設計與開發(fā)工作，涉及系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信模塊、模擬信號采集模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；最后，對導航計算機系統(tǒng)進行了聯(lián)合調(diào)試工作，并對各個模塊進行了詳細的功能測試與驗證，完成了微型導航計算機系統(tǒng)的制作。 以DSP/FPGA作為導航計算機硬件平臺的捷聯(lián)式慣性導航實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠滿足系統(tǒng)所要求的高精度、實時性、穩(wěn)定性要求，適應了其高性能、低成本、低功耗的發(fā)展方向。
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字D類音頻放大器，也叫數(shù)字脈沖調(diào)制放大器，具有效率高，低電壓，低失真的特點，在低成本，高性能的消費類產(chǎn)品特別是便攜式設備中得到越來越廣泛的應用。數(shù)字D類放大器包括數(shù)字脈沖寬度調(diào)制（PWM）和輸出級（含低通濾波器）兩個部分，數(shù)字PWM又包括兩個部分，采樣處理和脈沖產(chǎn)生。傳統(tǒng)的采樣處理算法運算復雜，硬件實現(xiàn)成本高，面積大，從而導致功耗也大，不適合當今向低功耗發(fā)展的趨勢。 本文在傳統(tǒng)算法的基礎上提出了一種新的算法，該算法不包括乘法或者除法這些計算復雜和非常消耗硬件資源的單元，只含加法和減法運算。在推導出該算法的傅立葉表達式后，在MATLAB的simulink中建立系統(tǒng)模型進行仿真以驗證算法的可行性，在輸入信號頻率為1kHZ，采樣頻率為48kHZ，電源電壓為10V，輸出負載為4Ω的條件下，得到的總諧波失真為0．12％，符合D類放大器的性能要求。本文還在基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPGA的基礎上實現(xiàn)了該算法的電路結(jié)構(gòu)，綜合結(jié)果表明，實現(xiàn)基于本文算法的數(shù)字D類音頻系統(tǒng)所需要的硬件資源大大減少，從而減少了功耗。 關(guān)鍵詞：D類放大器；脈沖寬度調(diào)制；采樣算法；數(shù)字音頻放大器；FPGA
上傳時間： 2013-07-19
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現(xiàn)代通信朝著全網(wǎng)IP化的進程逐步發(fā)展，越來越多的通信需要IP路由查找；同時光纖技術(shù)的發(fā)展，使得比特速率達到了20Gbps，路由技術(shù)成了整個通信系統(tǒng)的瓶頸，迫切需要一種具有高查找性能，低成本的路由算法，能夠適應大規(guī)模應用。 本文研究了一種高性能、低成本的路由算法。在四分支并行路由查找算法的基礎上，實現(xiàn)了雙分支并行，每個分支流水查找的16-8-8路由算法。該算法由三級表構(gòu)成，長度小于16的前綴通過擴展成為長度16的前綴存儲在第一級表中；長度小于24位的前綴通過擴展成為長度24的前綴存儲在前兩級表中；長度大于24的前綴則通過專門的存儲空間進行存儲。將IP路由的二維查找轉(zhuǎn)化為一維精確查找，每次查找最多訪問存儲器3次，就可以查得下一跳的路由信息。使用Verilog語言實現(xiàn)了本文提出的算法，并對算法進行了功能仿真。為了實現(xiàn)低成本，該算法采用了FPGA和SSRAM的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。 功能仿真表明本文設計的算法查找速度能適應20Gbps的接口轉(zhuǎn)發(fā)速率。
上傳時間： 2013-04-24
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現(xiàn)代社會信息量爆炸式增長，由于網(wǎng)絡、多媒體等新技術(shù)的發(fā)展，用戶對帶寬和速度的需求快速增加。并行傳輸技術(shù)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(shù)憑借其帶寬大、抗干擾性強和接口簡單等優(yōu)勢，正迅速取代傳統(tǒng)的并行技術(shù)，成為業(yè)界的主流。 本論文針對目前比較流行并且有很大發(fā)展?jié)摿Φ膬煞N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(shù)的高速LinkPort(鏈路口)設計和基于CML(Current ModeLogic)技術(shù)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(diào)試。硬件調(diào)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(shù)據(jù)的互相傳送，接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，證明了高速鏈路口設計的正確性。并且在硬件調(diào)試時對Rocket IO GTP收發(fā)器進行回環(huán)設計，經(jīng)過回環(huán)之后接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)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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無線局域網(wǎng)(WLAN)是未來移動通信系統(tǒng)的重要組成部分。由于擺脫了有線連接的束縛，無線局域網(wǎng)具有移動性好、成本低以及網(wǎng)絡傳輸故障少等諸多優(yōu)點，得到了越來越廣泛的發(fā)展與應用。正交頻分復用(OFDM)技術(shù)具有抗多徑衰落，頻譜利用率高等優(yōu)點，特別適合于無線環(huán)境下的高速數(shù)據(jù)傳輸，是高速無線局域網(wǎng)的首選技術(shù)之一。從IEEE802.11a，IEEE802.11g到IEEE802.1n都是以OFDM為基礎。隨著OFDM技術(shù)的普及以及下一代通信技術(shù)對OFDM的青睞，研究與實現(xiàn)應用于無線局域網(wǎng)的OFDM關(guān)鍵技術(shù)具有一定的意義。 本文首先介紹了WLAN的基本概念及相關(guān)協(xié)議標準和OFDM系統(tǒng)的工作原理，并描述了基于IEEE802，11a和IEEE802.11n標準的OFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)參數(shù)。文中對OFDM傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵算法進行了詳細的研究。然后以Xilinx公司的ISE10.1為軟件平臺，利用VHDL描述的方式，并以FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片SPARTAN-3E為硬件平臺，研究實現(xiàn)了適用于IEEE802.11a和IEEE802.11n的64點16bits復數(shù)塊浮點結(jié)構(gòu)的FFT模塊，(2，1，7)卷積編碼和維特比譯碼模塊，以及分組檢測和符號定時模塊，并進行了仿真、綜合、下載驗證等工作。
標簽： OFDM FPGA 無線局域網(wǎng)
上傳時間： 2013-06-25
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Scaler是平板顯示器件(FPD，F(xiàn)lat Panel Display)中的重要組成部分，它將輸入源圖像信號轉(zhuǎn)換成與顯示屏固定分辨率一致的信號，并控制其顯示在顯示屏上。本文在研究圖像縮放算法和scaler在FPD中工作過程的基礎上，采用自上而下(Top-down)的設計方法，給出了scaler的設計及FPGA驗證。該scaler支持不同分辨率圖像的縮放，且縮放模式可調(diào)，也可以以IP core的形式應用于相關(guān)圖像處理芯片中。 圖像縮放內(nèi)核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要運算單元，完成圖像縮放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的結(jié)構(gòu)設計決定著縮放性能的優(yōu)劣，也是控制芯片成本的關(guān)鍵。因此，本文從縮放內(nèi)核的結(jié)構(gòu)入手，對scaler的總體結(jié)構(gòu)進行了設計；通過對圖像縮放中常用算法的深入研究提出了一種新的優(yōu)化算法——矩形窗縮放算法，并對其計算進行分析和簡化，降低了計算的復雜度。FPGA設計中，采用列縮放與行縮放分開處理的結(jié)構(gòu)，使用雙口RAM作為兩次縮放間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。使用這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：行列縮放可以同時進行，數(shù)據(jù)處理的可靠性高、速度快：內(nèi)核結(jié)構(gòu)簡單明了,數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小合適，便于設計。此外，本文還介紹了其他輔助模塊的設計，包括DVI接口信號處理模塊、縮放參數(shù)計算與控制模塊以及輸出信號檢測與時序濾波模塊。 本設計使用Verilog HDL對各模塊進行了RTL級描述，并使用Quartus II7.2進行了邏輯仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片來進行驗證。通過邏輯驗證和系統(tǒng)仿真，證明該scaler的設計達到了預期的目標。對于不同分辨率的圖像，均可以在顯示屏上得到穩(wěn)定的顯示。
上傳時間： 2013-05-30
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溫濕度是影響糧食儲藏的重要參數(shù)，兩者之間是相互關(guān)聯(lián)的，溫濕度控制不好必然引起糧食發(fā)熱和霉變，且極易產(chǎn)生連鎖反應，從而造成難以挽回的損失。溫濕度的控制直接影響到糧食存儲系統(tǒng)的性能。岡此，糧食溫濕度測控技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應用是十分重要的。本文研究基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)制系統(tǒng)。 設計了基于FPGA的糧倉溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、控制電路、單片機和上位機構(gòu)成。單片機主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集和上位機的通訊；控制電路基于FPGA進行設計，主要負責采集濕度信息，計算溫濕度偏差及其變化率，通過調(diào)用模糊控制算法對溫濕度進行模糊控制，單片機通過RS485總線和上位機進行串口通信，使上位機能夠?qū)崟r記錄，顯示溫濕度變化值和控制過程曲線。該系統(tǒng)實現(xiàn)了糧倉內(nèi)溫濕度的實時監(jiān)測，使管理人員可以實時掌控糧倉內(nèi)的溫濕度情況。 采用FPGA設計控制電路簡化了系統(tǒng)的組成和外圍數(shù)字電路，易于系統(tǒng)擴展和升級，內(nèi)部集成了信號處理、控制、檢測電路，減少了系統(tǒng)的體積，縮短了開發(fā)周期，大大增強了系統(tǒng)的可靠性；配合功率驅(qū)動、電源等外圍電路，完成信號采集、處理和控制等功能，節(jié)省了開發(fā)成本，使糧倉溫濕度控制系統(tǒng)更加集成化。這也恰恰更加符合當今電子產(chǎn)品高精度，集成化的要求。 系統(tǒng)采用直接輸出數(shù)字量的DS1820溫度傳感器和濕度傳感器HS1101并將HS1101與555定時器組成振蕩電路，其輸出為頻率脈沖信號，與濕度值成線性關(guān)系，該頻率脈沖信號可直接送入FPGA進行計數(shù)，這樣溫濕度傳感器輸出的信號都沒有經(jīng)過放大、A/D轉(zhuǎn)換，進一步減少了測量誤差?？刂齐娐凡捎昧薞HDL硬件描述語言進行編寫。本裝置已作出實樣，通過了調(diào)試，已達到預期效果。
上傳時間： 2013-06-16
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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(nèi)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(xié)議的解析，對對象存儲系統(tǒng)整體性能提升有重要意義?；赟oPC(片上可編程系統(tǒng))技術(shù)，在FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)上實現(xiàn)的對象存儲控制器，具有功能配置靈活，調(diào)試方便，成本較低等優(yōu)點。 ⑵采用Cyclone II器件實現(xiàn)的對象存儲控制器的網(wǎng)絡接口，包含處理器模塊、內(nèi)存模塊、Flash模塊等核心組成部分，提供千兆以太網(wǎng)的網(wǎng)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(tǒng)正常運行。在設計實現(xiàn)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(diào)試策略，并完成了部分模塊的調(diào)試工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的對象存儲控制器系統(tǒng)設計方案，Virtex-4內(nèi)嵌PowerPC高性能處理器，可更好地完成對象存儲設備相關(guān)的控制和管理工作。實現(xiàn)了豐富的接口設計，包括千兆以太網(wǎng)、光纖通道、SATA(串行高級技術(shù)附件)等網(wǎng)絡存儲接口以及較PCI性能更優(yōu)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(tǒng)硬件的原理圖繪制，通過了設計規(guī)則檢查，生成了網(wǎng)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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近年來，瓦斯事故在煤礦生產(chǎn)事故中所占比例越來越高，給礦工的生產(chǎn)生活帶來了極大的災難，必須加強對瓦斯的監(jiān)測監(jiān)控，避免瓦斯爆炸事故。因此對瓦斯氣體進行快速、實時檢測對于煤礦安全生產(chǎn)及環(huán)境保護有特別重要的意義。便攜式甲烷檢測報警儀是各國應用最早最普遍的一種甲烷濃度檢測儀表，可隨時檢測作業(yè)場所的甲烷濃度，也可使用甲烷傳感器對甲烷濃度進行連續(xù)實時地監(jiān)測。大體上當前應用的便攜式甲烷檢測儀器，按檢測原理分為光學甲烷檢測儀、熱導型甲烷檢測儀、熱催化型甲烷檢測報警儀、氣敏半導體式甲烷檢測儀等幾種。 光干涉甲烷檢測儀性能穩(wěn)定、使用壽命長，測量準確，是我國煤礦主要的便攜式甲烷檢測儀器。但現(xiàn)有的光干涉甲烷檢測儀存在自動化程度低、測量方法繁瑣、讀數(shù)不直觀，人為誤差較大、不能存儲數(shù)據(jù)等缺點。為此本文在干涉型甲烷檢測儀實現(xiàn)的原理上提出利用線陣型電荷耦合器件(CCD)對干涉條紋進行非接觸式的自動測量，獲得條紋信息，通過CCD驅(qū)動、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了干涉條紋位移的精確測量，由單片機對量化后的測量信號進行智能處理，數(shù)字化顯示甲烷含量的測量結(jié)果。 光干涉甲烷檢測的關(guān)鍵是對干涉條紋中白基線以及黑色條紋位置的檢測，本設計采用線陣CCD成像獲取條紋信息判別其位置。CCD是一種性能獨特的半導體光電器件，近年來在攝像、工業(yè)檢測等科技領(lǐng)域里得到了廣泛的應用。將CCD技術(shù)應用于位置測量可以實現(xiàn)高精度和非接觸測量的要求；運用FPGA實現(xiàn)CCD芯片的驅(qū)動具有速度快、穩(wěn)定高等優(yōu)點：模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)沒有采用專用存儲芯片進行存儲，而采用FPGA硬件開發(fā)平臺和Verilog HDL硬件描述語言編寫代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng)，同時提高數(shù)據(jù)采集精準度，既降低成本又提高了存儲效率。 本文設計的新系統(tǒng)使用方便、精度高、數(shù)據(jù)可儲存，克服了傳統(tǒng)光干涉甲烷檢測儀的缺點，技術(shù)指標和功能都得到較大改善。
上傳時間： 2013-06-08
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