可編程邏輯芯片特別是現場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)芯片的快速發展，使得新的芯片能夠根據具體應用動態地調整結構以獲得更好的性能，這類芯片稱為動態可重構FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用這類芯片構建的可重構系統在實際應用前還有許多問題需要解決。一個基本的問題就是動態可重構FPGA芯片中的可重構功能單元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模塊布局問題和模塊間的布線問題。 本文從基本的FPGA芯片結構和CAD算法談起，介紹了可重構計算的概念，建立了可重構計算系統模型和動態可重構FPGA芯片模型，在此模型上提出一個基于劃分和時延驅動的在線布局算法，和一個基于Pathfinder協商擁塞算法的布線算法，來解決動態可重構FPGA芯片的布局和布線問題。由硬件描述語言(Hardware Description Language，HDL)描述的電路首先被劃分成有限數目的層，然后將這些電路層布局到芯片的每一層，同時確保關鍵路徑的時延最小。實驗結果表明，布局算法與傳統的布局算法(或者文獻[37]中的算法)相比，在時延上平均減少27％，在線長上平均減少34％(或者11％)，在運行時間上平均減少42％(或者97％)。布線算法與傳統的布線算法相比，能夠將線長降低26％，將水平通道寬度降低27％，顯示出較高的性能。
上傳時間： 2013-05-24
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本文對基于FPGA的CCSDS圖像壓縮和AES加密算法的實現進行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS圖像壓縮算法，并根據其編碼方案，設計并實現了相應的編解碼器。從算法性能和硬件實現復雜度兩個方面，將該算法與具有類似算法結構的JPEG2000和SPIHT圖像壓縮算法作比較分析； (2)利用硬件描述語言VerilogHDL實現CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法； (3)優化算法復雜度較大的功能模塊，如小波變換模塊等。使用雙端口內存模塊增加數據讀寫速度，利用DSP塊處理核心運算單元，從而很大程度上提高了模塊的運行速度，并降低了芯片的使用面積； (4)設計并實現系統的模塊級流水線，在幾乎不增加占用芯片面積的情況下，提高了系統的數據吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真環境下對該系統進行模塊級和系統級的功能仿真、時序仿真和驗證。在硬件系統測試階段，設計并實現FPGA與PC機的串口通信模塊，提高了系統驗證的工作效率。
上傳時間： 2013-05-19
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擴頻通信是一種性能優異的通信方式，自其誕生之日起就受到了業內人士的廣泛關注。本文以DS/SS接收機為基礎，圍繞相關的理論和技術，開展了載波跟蹤技術FPGA實現的研究。 論文首先綜述了課題的來源、背景和意義，闡述了DS/SS接收系統前端處理模塊和信號處理模塊的結構，指出了本課題的關鍵技術。與此同時，作者在參考了大量國內外有關文獻的基礎上，深入研究了四相鑒頻、自動頻率跟蹤鑒頻以及反正切鑒相等載波跟蹤鑒頻、鑒相算法，并根據這些理論設計了FLL與PLL相結合的載波跟蹤策略，完成了CPAFC和Costas環路仿真和性能分析。 其次，論文對載波跟蹤環路的硬件電路進行了設計，其中包括基帶信號處理的混頻、相關和積分清洗模塊，誤差量的提取和控制模塊，以及本地載波的產生模塊等，并在Altera公司的Stratix系列芯片----EP1S808956C6上對每個組成模塊進行了功能和時序上的仿真與實現，之后對系統各模塊進行了集成，解決了系統實現的同步問題。 最后，論文對系統作了實驗總結與分析，包括板級驗證總結與分析、接收機載波跟蹤性能分析，以及對載波同步技術的總結和展望。
上傳時間： 2013-04-24
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現場可編程門陣列(FPGA)是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的,它結合了微電子技術、電路技術和EDA(Electronics Design Automation)技術。隨著它的廣泛應用和快速發展,使設計電路的規模和集成度不斷提高,同時也帶來了電子系統設計方法和設計思想的不斷推陳出新。 隨著數字電子技術的發展,數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。離散傅立葉變換(DFT)作為數字信號處理中的基本運算,發揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運算量減小了幾個數量級,使得數字信號處理的實現變得更加容易。FFT已經成為現代數字信號處理的核心技術之一,因此對FFT算法及其實現方法的研究具有很強的理論和現實意義。 本文主要研究如何利用FPGA實現FFT算法,研制具有自主知識產權的FFT信號處理器。該設計采用高效基-16算法實現了一種4096點FFT復數浮點運算處理器,其蝶形處理單元的基-16運算核采用兩級改進的基-4算法級聯實現,僅用8個實數乘法器就可實現基-16蝶形單元所需的8次復數乘法運算,在保持處理速度的優勢下,比傳統的基-16算法節省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點研究處理器蝶形單元設計的基礎上,本文完成了整個FFT處理器電路的FPGA設計。首先基于對處理器功能和特點的分析,研究了FFT算法的選取和優化,并完成了處理器體系結構的設計；在此基礎上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點研究了具體的實現方案,完成了1.2萬行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開發環境中實現了處理器各個模塊的RTL設計：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺,完成了整個FFT處理器的電路設計實現。 經過仿真驗證,本文所設計的FFT處理器芯片運行速度達到了100MHz,占用的FPGA門數為552806,電路的信噪比可以達到50dB以上,達到了高速高性能的設計要求。
上傳時間： 2013-04-24
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在雷達信號偵察中運用寬帶數字接收技術是電子偵察的一個重要發展方向。數字信號處理由于其精度高、靈活性強、以及易于集成等特點而應用廣泛。電子系統數字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數據流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。 本文利用FPGA技術，設計了具備高速信號處理能力的寬帶數字接收機平臺，并提出了數字接收機實現的可行性方法，以及對這些方法的驗證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實現對雷達信號并行地實時檢測和參數估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實現的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關累加算法進行信號檢測，利用信號的相關性和噪聲的獨立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點。對于常規信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實現。 2、算法的FPGA硬件實現：針對原算法中極大消耗運算量的相關運算，考慮到FPGA并行處理的特點，將原算法修改為并行相關算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統的數據吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發平臺完成設計，系統測試結果表明，本設計能正常工作，滿足系統設計要求。 文章的最后，結合系統設計給出幾種VHDL優化方法，主要圍繞系統的速度、結構和面積等問題展開討論。
上傳時間： 2013-06-25
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圖像采集是數字化圖像處理的第一步，開發圖像采集平臺是視覺系統開發的基礎。視覺檢測的速度是視覺檢測要解決的關鍵技術之一，也是專用圖像處理系統設計所要完成的首要目標
標簽： 高速圖像采集
上傳時間： 2013-04-24
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統)系統中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統工作的主要因素。隨著區域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關鍵技術環節一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預處理系統的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預處理系統是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎上，面向實際應用的需求，主要研究VTS雷達信號預處理算法的設計方法和實現手段，設計完成了一個數字化的雷達原始信號實時采集與處理系統。 本設計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結構上，本設計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統的體積。 在算法研究中，設計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎上，比較了各種算法的優劣，最終選擇了一種適合本次設計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現。 論文中對設計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結果和試驗實際調試結果。通過本文所述的設計和實驗，本文設計的雷達信號預處理系統對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國民經濟的發展和社會的進步，人們越來越需要便捷的交通工具，從而促進了汽車工業的發展，同時汽車發動機檢測維修等相關行業也發展起來。在汽車發動機檢測維修中，發動機電腦(Electronic Control．Unit-ECU)檢測維修是其中最關鍵的部分。發動機電腦根據發動機的曲軸或凸輪軸傳感器信號控制發動機的噴油、點火和排氣。所以，維修發動機電腦時，必須對其施加正確的信號。目前，許多發動機的曲軸和凸輪軸傳感器信號已不再是正弦波和方波等傳統信號，而是多種復雜波形信號。為了能夠提供這種信號，本文研究并設計了一種能夠產生復雜波形的低成本任意波形發生器(Arbitrary Waveform Generator-AWG)。 本文提出的任意波形發生器依據直接數字頻率合成(Direct Digial FrequencySynthesis-DDFS)原理，采用自行設計現場可編程門陣列(FPGA)的方案實現頻率合成，擴展數據存儲器存儲波形的量化幅值(波形數據)，在微控制單元(MCU)的控制與協調下輸出頻率和相位均可調的信號。 任意波形發生器主要由用戶控制界面、DDFS模塊、放大及濾波、微控制器系統和電源模塊五部分組成。在設計中采用FPGA芯片EPF10K10QC208-4實現DDFS的硬件算法。波形調整及濾波由兩級放大電路來完成：第一級對D/A輸出信號進行調整；第二級完成信號濾波及信號幅值和偏移量的調節。電源模塊利用三端集成穩壓器進行電壓值變換，利用極性轉換芯片ICL7660實現正負極性轉換。 該任意波形發生器與通用模擬信號源相比具有：輸出頻率誤差小，分辨率高，可產生任意波形，成本低，體積小，使用方便，工作穩定等優點，十分適合汽車維修行業使用，具有較好的市場前景。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以“機車車輛輪對動態檢測裝置”為研究背景，以改進提升裝置性能為目標，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上實現圖像采集控制、圖像處理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)壓縮編碼標準的基本系統。本文使用硬件描述語言Verilog，以RedLogic的RVDK開發板作為硬件平臺，在開發工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B環境中完成軟核的設計與仿真驗證。 數據采集部分完成的功能是將由模擬攝像機拍攝到的圖像信號進行數字化，然后從數據流中提取有效數據，加以適當裁剪，最后將奇偶場圖像數據合并成幀，存儲到存儲器中。數字化及碼流產生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA對SAA7113芯片初始化設置、控制，并對數字化后的數據進行操作。 圖像處理算法部分考慮到實時性與算法復雜度等因素，從裝置的圖像處理流程中有選擇性地實現了直方圖均衡化、中值濾波與邊緣檢測三種圖像處理算法。 壓縮編碼部分依據JPEG標準基本系統順序編碼模式，在FPGA上實現了DCT(Discrete Cosine Transform)變換、量化、Zig-Zag掃描、直流系數DPCM(Differential Pulse Code Modulation)編碼、交流系數RLC(Run Length code)編碼、霍夫曼編碼等主要步驟，最后用實際的圖像數據塊對系統進行了驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著現代互聯網規模的不斷擴大，網絡數據流量迅速增長，傳統的路由器已經無法滿足網絡的交換和路由需求。當前，新一代路由器普遍利用了交換式路由技術，通過使用交換背板以充分利用公共通信鏈路，有效的提高了鏈路的利用率，并使各通信節點的并行通信成為可能。硬件系統設計中結合了專用網絡處理器，可編程器件各自的特點，采用了基于ASIC，FPGA，CPLD硬件結構模塊化的設計方法。基于ASIC技術體系的GSR的出現，使得路由器的性能大大提高。但是，這種路由器主要滿足數據業務(文字，圖象)的傳送要求，不能解決全業務(語音，數據，視頻)數據傳送的需要。隨著網絡規模的擴大，矛盾越來越突出，而基于網絡處理器技術的新一代路由器，從理論上提出了解決GSR所存在問題的解決方案。 基于網絡路由器技術實現的路由器，采用交換FPGA芯片硬件實現的方式，對路由器內部各種單播、多播數據包進行路由轉發，實現網絡路由器與外部數據收發芯片的數據通信。本文主要針對路由器內部交換FPGA芯片數據轉發流程的特點，分析研究了傳統交換FPGA所采用的交換算法，針對簡單FIFO算法所產生的線頭阻塞現象，結合虛擬輸出隊列(VOQ)機制及隊列仲裁算法(RRM)的特點，并根據實際設計中各外圍接口芯片，給出了一種消除數據轉發過程中出現的線頭阻塞的iSLIP改進算法。針對實際網絡單播、多播數據包在數據轉發處理過程的不同，給出了實際的解決方案。并對FPGA外部SSRAM包緩存帶寬的利用，數據轉發的包亂序現象及FPGA內部環回數據包的處理流程作了分析并提出了解決方案，有效的提高了路由器數據交換性能。 根據設計方案所采用的算法的實現方式，結合FPGA內部部分關鍵模塊的功能特點及性能要求，給出了交換FPGA內部可用BlockRam資源合理的分配方案及部分模塊的設計實現，滿足了實際的設計要求。所有處理模塊均在xilinx公司的FPGA芯片中實現。
上傳時間： 2013-04-24
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