隨著計算機網(wǎng)絡與嵌入式控制技術的迅速發(fā)展，作為傳統(tǒng)運輸行業(yè)的鐵路系統(tǒng)對此也有了新的要求，列車通信網(wǎng)絡應運而生。經(jīng)過多年的發(fā)展，國際電工委員會(IEC)為了規(guī)范列車通信網(wǎng)絡，于1999年通過了IEC61375-1標準。該標準將列車通信網(wǎng)絡分為兩條總線：絞線式列車總線(WTB)和多功能車輛總線(MVB)。MVB是一個標準通信介質(zhì)，為掛在其上的設備傳輸和交換數(shù)據(jù)。而多功能車輛總線控制器(MVBC)是MVB與MVB實際物理層之間的接口，其主要實現(xiàn)MVB數(shù)據(jù)鏈路層的功能。由于該項關鍵技術仍被國外公司壟斷，因此開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的MVBC迫在眉睫。 鑒于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1標準。根據(jù)MVBC的技術特點，本文提出了使用FPGA來實現(xiàn)其具體功能的方案。掛在MVB總線上的設備分為五類，他們的功能各不相同。而支持4類設備的MVBC具有設備狀態(tài)、過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)通信和總線管理功能，并且兼容2類和3類設備。本文的目的就是用FPGA實現(xiàn)支持4類設備的MVBC。 本文采用自頂向下的設計方法。整個MVBC主要劃分為：編碼模塊、譯碼模塊、冗余控制模塊、報文分析單元、通信存儲控制器、主控制單元、地址邏輯模塊。在整個開發(fā)流程中，使用Xilinx的ISE集成開發(fā)環(huán)境。使用Verilog HDL硬件描述語言對上述各個模塊進行RTL級描述，并用Synplify Pro進行綜合。最后，在ModelSim中對各個模塊進行了布線后仿真和驗證。 在實驗室條件下，通過嚴格的仿真驗證后，其結果證明了本文設計的模塊達到了IEC61375-1標準的要求。因此，用FPGA實現(xiàn)MVBC這一方案具有可操作性。 關鍵詞：列車通信網(wǎng)；多功能車輛總線；多功能車輛總線控制器；現(xiàn)場可編程門陣列
上傳時間： 2013-07-18
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隨著通信技術的發(fā)展，視頻傳輸系統(tǒng)因具有方便、實時、準確等特點已成為現(xiàn)代工業(yè)管理、安全防范、城市交通中必不可少的重要部分。而光纖傳輸以大容量、保密性能好、抗干擾能力強、傳輸距離等優(yōu)點越來越受人們的關注。本論文以FPGA為核心芯片，結合數(shù)字化技術和時分復用技術，提出了一種無壓縮多路數(shù)字視頻光纖傳輸系統(tǒng)設計方案，并詳細分析方案的設計過程。 系統(tǒng)分A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換和FPGA數(shù)據(jù)處理三大模塊化進行設計，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)了程序的配置下載、IO口的控制功能、各時鐘分頻、鎖相功能和多路數(shù)字信號的復接解復接仿真，同時完成了視頻信號的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字視頻信號的D/A轉(zhuǎn)換功能，最終實現(xiàn)了八路視頻信號在一根光纖上實時傳輸?shù)墓δ堋＝邮找曨l圖像輪廓清晰、沒有不規(guī)則的閃爍、沒有波浪狀等條紋或橫條出現(xiàn)，基本滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像質(zhì)量指標要求。各路視頻信號的輸入輸出電接口、阻抗和收發(fā)光接口均符合國家標準，系統(tǒng)具高集成度、靈活性等特點，能廣泛應用于各場合的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和安全防范系統(tǒng)中。 關鍵詞：FPGA，光纖傳輸，視頻信號
標簽： FPGA 多路 光纖傳輸系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-05
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現(xiàn)代的計算機追求的是更快的速度、更高的數(shù)據(jù)完整性和靈活性。無論從物理性能，還是從電氣性能來看，現(xiàn)今的并行總線都已出現(xiàn)了某些局限，無法提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率。而SATA以其傳輸速率快、支持熱插拔、可靠的數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c，得到各行業(yè)越來越多的支持。 目前市場上的SATA IP CORE都是面向IC設計的，不利于在FPGA上集成，因此，本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上實現(xiàn)SATAⅡ協(xié)議，對SATA技術的推廣、國內(nèi)邏輯IP核的發(fā)展都有一定的意義。 本文將SATAⅡ協(xié)議的FPGA實現(xiàn)劃分成物理層、鏈路層、傳輸層和應用層四個模塊。提出了物理層串行收/發(fā)器設計以及物理鏈路初始化方案。分析了鏈路層模塊結構，給出了作為SATAⅡ鏈路層核心的狀態(tài)機的設計。為滿足SATAⅡ協(xié)議3．0Gbps的速率，采用擴大數(shù)據(jù)處理位寬的方法，設計完成了鏈路層的16b/20b編碼模塊，同時為提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性和信號的穩(wěn)定性，分別實現(xiàn)了鏈路層CRC校驗模塊和并行擾碼模塊。在描述協(xié)議傳輸層的模塊結構的基礎上，給出了作為傳輸層核心的狀態(tài)機的設計，并以DMA DATA OUT命令的操作為例介紹了FIS在傳輸層中的處理過程。完成了命令層協(xié)議狀態(tài)機的設計，并實現(xiàn)了SATAⅡ新增功能NCQ技術，從而使得數(shù)據(jù)傳輸更加有效。最后為使本設計應用更加廣泛，設計了基于AHB總線的用戶接口。 本設計采用Verilog HDL語言對需要實現(xiàn)的電路進行描述，并使用Modelsim軟件仿真。仿真結果表明，本文設計的邏輯電路可靠穩(wěn)定，與SATAⅡ協(xié)議定義功能一致。
上傳時間： 2013-06-16
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當今，移動通信正處于向第四代通信系統(tǒng)發(fā)展的階段，OFDM技術作為第四代數(shù)字移動通信(4G)系統(tǒng)的關鍵技術之一，被包括LTE在內(nèi)的眾多準4G協(xié)議所采用。IDFT/DFT作為OFDM系統(tǒng)中的關鍵功能模塊，其精度對基帶解調(diào)性能產(chǎn)生著重大的影響，尤其對LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。為了使定點化IDFT/DFT達到較好的性能，本文采用數(shù)字自動增益控制(DAGC)技術，以解決過大輸入信號動態(tài)范圍所造成的IDFT/DFT輸出信噪比(SNR)惡化問題。 首先，本文簡單介紹了較為成熟的AAGC(模擬AGC)技術，并重點關注近年來為了改善其性能而興起的數(shù)字化AGC技術，它們主要用于壓縮ADC輸入動態(tài)范圍以防止其飽和。針對基帶處理中具有累加特性的定點化IDFT/DFT技術，進一步分析了AAGC技術和基帶DAGC在實施對象，實現(xiàn)方法等上的異同點，指出了基帶DAGC的必要性。 其次，根據(jù)LTE協(xié)議，搭建了從調(diào)制到解調(diào)的基帶PUSCH處理鏈路，并針對基于DFT的信道估計方法的缺點，使用簡單的兩點替換實現(xiàn)了優(yōu)化，通過高斯信道下的MATLAB仿真，證明其可以達到理想效果。仿真結果還表明，在不考慮同步問題的高斯信道下，本文所搭建的基帶處理鏈路，采用64QAM進行調(diào)制，也能達到在SNR高于17dB時，硬判譯碼結果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎上，通過理論分析和MATLAB仿真，證明了包括時域和頻域DAGC在內(nèi)的基帶DAGC具有穩(wěn)定接收鏈路解調(diào)性能的作用。同時，通過對幾種DAGC算法的比較后，得到的一套適用于實現(xiàn)的基帶DAGC算法，可以使IDFT/DFT的輸出SNR處于最佳范圍，從而滿足LTE系統(tǒng)基帶解調(diào)的要求。針對時域和頻域DAGC的差異，分別選定移位和加法，以及查表的方式進行基帶DAGC算法的實現(xiàn)。 最后，本文對選定的基帶DAGC算法進行了FPGA設計，仿真、綜合和上板結果說明，時域和頻域DAGC實現(xiàn)方法占用資源較少，容易進行集成，能夠達到的最高工作頻率較高，完全滿足基帶處理的速率要求，可以流水處理每一個IQ數(shù)據(jù)，使之滿足基帶解調(diào)性能。
上傳時間： 2013-05-17
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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(jīng)嚴重阻礙了系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)置數(shù)據(jù)/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(nèi)尚無獨立研發(fā)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(xié)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(xiàn)該IPCORE所選擇的開發(fā)工具、開發(fā)語言和所選用的芯片；在此基礎上著重闡述協(xié)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(xiàn)；最后進行綜合和測試。 采用FPGA集成硬核RocketIo MGT(RocketIo Multi-Gigabit Transceiver)實現(xiàn)了1.5Gbps的串行傳輸鏈路；設計滿足協(xié)議需求、適合FPGA設計的并行結構，實現(xiàn)了多狀態(tài)機的協(xié)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(tǒng)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(diào)試與測試，使得調(diào)試工作方便快捷、測試數(shù)據(jù)準確；嚴格按照SATA1.0a協(xié)議實現(xiàn)了SATA設備端IP CORE的設計。 最終測試數(shù)據(jù)表明，本論文設計的基于FPGA的SATA IP CORE滿足協(xié)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(yōu)點，在固態(tài)電子硬盤SSD(Solid-State Disk)開發(fā)中應用本設計，將使開發(fā)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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隨著現(xiàn)代DSP、FPGA等數(shù)字芯片的信號處理能力不斷提高，基于軟件無線電技術的現(xiàn)代通信與信息處理系統(tǒng)也得到了更為廣泛的應用。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件系統(tǒng)作為其應用平臺，把盡可能多的無線及個人通信和信號處理的功能用軟件來實現(xiàn)，從而將無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)逐步轉(zhuǎn)移到軟件上來。另一方面，現(xiàn)代信號處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理速度、處理精度和動態(tài)范圍的要求也越來越高，需要每秒完成幾千萬到幾百億次運算。因此研制具備高速實時信號處理能力的通用硬件平臺越來越受到業(yè)界的重視。 @@ 目前的高速實時信號處理系統(tǒng)一般均采用DSP+FPGA的架構，其中DSP主要負責完成系統(tǒng)通信和基帶信號處理算法，而FPGA主要完成信號預處理等前端算法，并提供系統(tǒng)常用的各種外部接口邏輯。本文的主要工作就在于完成通用型高速實時信號處理系統(tǒng)的FPGA軟件設計。 @@ 本文提出了一種基于多DSP與FPGA的通用高速實時信號處理系統(tǒng)的架構。綜合考慮各方面因素，作者選擇使用兩片ADSP-TS201浮點DSP以混合耦合模型構成系統(tǒng)信號處理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系統(tǒng)所需的各種接口，包括與ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外設接口。此外，作者還選擇了ADSP-BF533定點DSP加入系統(tǒng)當中以擴展系統(tǒng)音視頻信號處理能力，體現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計正逐漸成為現(xiàn)代FPGA應用的一個熱點。結合課題需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze軟核處理器為核心在Virtex-5片內(nèi)設計了一個嵌入式系統(tǒng)，完成了對CF卡、DDR2 SDRAM存儲器的讀寫控制，并利用片內(nèi)集成的三態(tài)以太網(wǎng)MAC硬核模塊，實現(xiàn)了系統(tǒng)與上位PC機之間的以太網(wǎng)通信鏈路。此外，為擴展系統(tǒng)功能，適應未來可能的軟件升級，進一步提高系統(tǒng)的通用性，還將嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II移植到MicroBlaze處理器上。 @@ 最后，作者介紹了基于Xilinx RocketIO GTP收發(fā)器的高速串行傳輸設計的關鍵技術和基本的設計方法，充分體現(xiàn)了目前高速實時信號處理系統(tǒng)的發(fā)展要求和趨勢。 @@關鍵詞：高速實時信號處理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系統(tǒng)；MicroBlaze
標簽： FPGA 實時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-17
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互感器是電力系統(tǒng)中電能計量和繼電保護中的重要設備，其精度和可靠性與電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟運行密切相關。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁式互感器已經(jīng)暴露出一系列的缺陷，電子式互感器能很好的解決電磁式互感器的缺點，電子式互感器逐步替代電磁式互感器代表著電力工業(yè)的發(fā)展方向。目前，國產(chǎn)的互感器校驗儀主要是電磁式互感器校驗儀，電子式互感器校驗儀依賴于進口。電子式互感器的發(fā)展，使得電子式互感器校驗儀的研制勢在必行。 本課題依據(jù)國際標準IEC60044-7、IEC60044-8和國內(nèi)標準GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，設計了電子式互感器檢驗儀。該校驗儀采用直接法對電子式互感器進行校驗，即同時測試待校驗電子式互感器和標準電磁式互感器二次側(cè)的輸出信號，比較兩路信號的參數(shù)，根據(jù)比較結果完成電子式互感器的校驗工作。論文首先介紹了電子式互感器結構及輸出數(shù)字信號的特征，然后詳細論述了電子式互感器校驗儀的硬件及軟件設計方法。硬件主要采用FPGA技術設計以太網(wǎng)控制器RTL8019的控制電路，以實現(xiàn)電子式互感器信號的遠程接收，同時設計A/D芯片MAX125的控制電路，以實現(xiàn)標準電磁式互感器模擬輸出的數(shù)字化。軟件主要采用FPGA的SOPC技術，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成開發(fā)環(huán)境下，完成對硬件電路的底層控制，運用準同步算法和DFT算法開發(fā)應用程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)字信號的處理。最終完成電子式互感器校驗儀的設計。 最后進行了相關的實驗，所研制的電子式互感器校驗儀對0.5準確級的電子式電壓互感器和0.5準確級電子式電流互感器分別進行了校驗，對其額定負荷的20％、100％、120％點做為測量點進行測量。經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的處理分析可知，校驗儀對電子式互感器的校驗精度滿足0.5％的比差誤差和20’的相位差。本課題的研究為電子式互感器校驗儀的研制工作提供了理論和實踐依據(jù)。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字時代的到來，信息化程度的不斷提高，人們相互之間的信息和數(shù)據(jù)交換日益增加。正交幅度調(diào)制器(QAM Modulator)作為一種高頻譜利用率的數(shù)字調(diào)制方式，在數(shù)字電視廣播、固定寬帶無線接入、衛(wèi)星通信、數(shù)字微波傳輸?shù)葘拵ㄐ蓬I域得到了廣泛應用。 近年來，集成電路和數(shù)字通信技術飛速發(fā)展，F(xiàn)PGA作為集成度高、使用方便、代碼可移植性等優(yōu)點的通用邏輯開發(fā)芯片，在電子設計行業(yè)深受歡迎，市場占有率不斷攀升。本文研究基于FPGA與AD9857實現(xiàn)四路QAM調(diào)制的全過程。FPGA實現(xiàn)信源處理、信道編碼輸出四路基帶I/Q信號，AD9857實現(xiàn)對四路I/Q信號的調(diào)制，輸出中頻信號。本文具體內(nèi)容總結如下: 1.介紹國內(nèi)數(shù)字電視發(fā)展狀況、國內(nèi)國際的數(shù)字電視標準，并詳細介紹國內(nèi)有線電視的系統(tǒng)組成及QAM調(diào)制器的發(fā)展過程。 2.研究了QAM調(diào)制原理，其中包括信源編碼、TS流標準格式轉(zhuǎn)換、信道編碼的原理及AD9857的工作原理等。并著重研究了信道編碼過程，包括能量擴散、RS編碼、數(shù)據(jù)交織、星座映射與差分編碼等。 3.深入研究了基于FPAG與AD9857電路設計，其中包括詳細研究了FPGA與AD9857的電路設計、在allegro下的PCB設計及光繪文件的制作，并做成成品。 4.簡單介紹了FPGA的開發(fā)流程。 5.深入研究了基于FPAG代碼開發(fā)，其中主要包括I2C接口實現(xiàn)，ASI到SPI的轉(zhuǎn)換，信道編碼中的TS流包處理、能量擴散、RS編碼、數(shù)據(jù)交織、星座映射與差分編碼的實現(xiàn)及AD9857的FPGA控制使其實現(xiàn)四路QAM的調(diào)制。 6.介紹代碼測試、電路測試及系統(tǒng)指標測試。 最終系統(tǒng)指標測試表明基于FPGA與AD9857的四路DVB-C調(diào)制器基本達到了國標的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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直接數(shù)字頻率合成(DDS)是七十年代初提出的一種新的頻率合成技術，其數(shù)字結構滿足了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的許多要求，因而得到了迅速的發(fā)展?，F(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)的出現(xiàn)，改變了現(xiàn)代電子數(shù)字系統(tǒng)的設計方法，提供了一種全新的設計模式。本論文結合這兩項技術，并利用單片機控制靈活的特點，開發(fā)了一種雙通道波形發(fā)生器。在實現(xiàn)過程中，選用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作為產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用ATMAL的AT89C51單片機作為控制芯片。本設計中，F(xiàn)PGA芯片的設計和與控制芯片的接口設計是一個難點，本文利用Altera的設計工具Quartus Ⅱ并結合Verilog-HDL語言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。 本文首先介紹了波形發(fā)生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地敘述了用EP1C6Q240C8完成DDS模塊的設計過程，這是設計的基礎。接著分析了整個設計中應處理的問題，根據(jù)設計原理就功能上進行了劃分，將整個儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個部分來實現(xiàn)。然后就這三個部分分別詳細地進行了闡述。并且通過系列實驗，詳細地分析了該波形發(fā)生器的功能、性能、實現(xiàn)和實驗結果。最后，結合在設計中的一些心得體會，提出了本設計中的一些不足和改進意見。通過實驗說明，本設計達到了預定的要求，并證明了采用軟硬件結合，利用FPGA實現(xiàn)基于DDS架構的雙路波形發(fā)生器是可行的。
上傳時間： 2013-06-09
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視頻監(jiān)控一直是人們關注的應用技術熱點之一，它以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對多路視頻信號進行實時監(jiān)控，如果每一路視頻信號都占用一個監(jiān)視器屏幕，則會大大增加系統(tǒng)成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監(jiān)視器顯示，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。 傳統(tǒng)的基于分立數(shù)字邏輯電路甚至DSP芯片設計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術的視頻圖像畫面分割器的設計與實現(xiàn)。 本文對視頻圖像畫面分割技術進行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數(shù)據(jù)格式的畫面分割方法設計；系統(tǒng)采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數(shù)字電路集成在一起，電路結構簡潔，具有較好的穩(wěn)定性和靈活性；在硬件電路平臺基礎上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數(shù)據(jù)提取模塊，圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設計，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經(jīng)視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據(jù)畫面分割需要進行視頻圖像數(shù)據(jù)抽取，并將抽取的視頻圖像數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則存儲到圖像存儲器。最后，按照數(shù)字視頻圖像的數(shù)據(jù)格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實現(xiàn)了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現(xiàn)多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進行動態(tài)配置等方法，實現(xiàn)四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成，提高了系統(tǒng)集成度，并可根據(jù)系統(tǒng)需要修改設計和進一步擴展功能，同時提高了系統(tǒng)的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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