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(shè)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(shù)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(shè)計以及物理鏈路初始化方案。分析了鏈路層模塊結(jié)構(gòu)，給出了作為SATAⅡ鏈路層核心的狀態(tài)機的設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，給出了作為傳輸層核心的狀態(tài)機的設(shè)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(shè)計，并實現(xiàn)了SATAⅡ新增功能NCQ技術(shù)，從而使得數(shù)據(jù)傳輸更加有效。最后為使本設(shè)計應用更加廣泛，設(shè)計了基于AHB總線的用戶接口。 本設(shè)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(jié)果表明，本文設(shè)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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隨著航天技術(shù)的發(fā)展，載人飛船、空間站等復雜航天器對空-地或空-空之間數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。在此情況下，為了提高空間通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕ＷC接收端分路系統(tǒng)能和發(fā)送端一致，必須要經(jīng)過幀同步。對衛(wèi)星基帶信號處理來說，幀同步是處理的第一步也是關(guān)鍵的一步。只有正確幀同步才能獲取正確的幀數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。因此，幀同步的效率，將直接影響到整個衛(wèi)星基帶信號處理的結(jié)果。 @@ 本設(shè)計在研究CCSDS標準及幀同步算法的基礎(chǔ)上，利用硬件描述語言及ISE9．2i開發(fā)平臺在基于FPGA的硬件平臺上設(shè)計并實現(xiàn)了單路數(shù)據(jù)輸入及兩路合路數(shù)據(jù)輸入的幀同步算法，并解決了其中可能存在的幀滑動及模糊度問題。在此基礎(chǔ)之上，針對兩路合路輸入時可能存在的兩路輸入不同步或幀滑動在兩路中分布不均勻問題，設(shè)計實現(xiàn)了兩路并行幀同步算法，并利用ModelSim SE 6．1f工具對上述算法進行了前仿真和后仿真，仿真結(jié)果表明上述算法符合設(shè)計要求。 @@ 本論文首先介紹了課題研究的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，其次介紹了與本課題相關(guān)的基礎(chǔ)理論及系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)。然后對單路數(shù)據(jù)輸入幀同步、兩路數(shù)據(jù)合路輸入幀同步和兩路并行幀同步算法的具體設(shè)計及實現(xiàn)過程進行了詳細說明，并給出了后仿真結(jié)果及結(jié)果分析。最后，對論文工作進行了總結(jié)和展望，分析了其中存在的問題及需要改進的地方。 @@關(guān)鍵詞 FPGA；CCSDS；幀同步：模糊度；幀滑動
上傳時間： 2013-06-11
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激光打標是指利用高能量密度的激光束在物件表面作永久性標刻。激光打標以其“打標速度快、性能穩(wěn)定、打標質(zhì)量好”等優(yōu)勢，獲得了日益廣泛的應用。傳統(tǒng)的激光打標系統(tǒng)一般是基于ISA總線或PCI總線的，運動控制卡必須插在計算機的PCI插槽內(nèi)，且不支持熱捅拔，影響了控制卡的穩(wěn)定性；以單片機為主控制器的激光打標控制卡雖然成本低、運行可靠，但由于其運算速度慢、存儲容量有限，限制了它的應用范圍。 運動控制卡是激光打標系統(tǒng)的核心組成部分。本文設(shè)計了一種新型的基于USB總線，以FPGA為主控單元的振鏡掃描式激光打標控制卡，它利用了USB總線高速、穩(wěn)定、易用和FPGA資源豐富、處理能力強、易擴展等優(yōu)點，將PC機強大的信息處理能力與運動控制卡的運動控制能力相結(jié)合，具有信息處理能力強、開放程度高、使用方便的特點。 本文首先介紹了激光打標的原理，激光打標技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及激光打標系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。在對USB總線技術(shù)作了簡要介紹后，詳細討論了激光打標控制卡的硬件電路設(shè)計，包括USB接口電路，F(xiàn)PGA主控單元電路，D/A單元電路，存儲器電路，I/O接口電路等。接著對USB接口單元的固件程序和FPGA中USB接口功能模塊、D/A寫控制功能模塊和SRAM讀寫控制功能模塊的程序做了詳細設(shè)計，通過軟硬件調(diào)試，控制卡實現(xiàn)了USB通信，輸出兩路模擬信號，SRAM數(shù)據(jù)讀寫，數(shù)字量輸入輸出等功能。
上傳時間： 2013-04-24
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基于51單片機的高精度紅外測溫系統(tǒng)設(shè)計，非接觸式測溫設(shè)計。
上傳時間： 2013-05-19
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自20世紀80年代以來，正交頻分復用技術(shù)不但在廣播式數(shù)字音頻和視頻領(lǐng)域得到廣泛的應用，而且已經(jīng)成為無線局域網(wǎng)標準(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其頻譜利用率高，成本低等原因越來越受到人們的關(guān)注。隨著人們對通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個人化和移動化需求的增強，OFDM技術(shù)在綜合無線接入領(lǐng)域?qū)@得越來越廣泛的應用。人們開始集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應用，本文也是基于無線通信平臺上的OFDM技術(shù)的運用。 本文的所有內(nèi)容都是建立在空地數(shù)據(jù)無線通信系統(tǒng)下行鏈路FPGA實現(xiàn)基礎(chǔ)上的。本文作者的主要工作集中在鏈路接收端的FPGA實現(xiàn)和調(diào)試上。主要包括幀同步(時間同步)算法的研究與設(shè)計、OFDM頻率同步算法的研究與設(shè)計以及同步模塊、OFDM解調(diào)模塊、QAM解調(diào)模塊的FPGA實現(xiàn)。最終實現(xiàn)高速數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)下行鏈路在無線環(huán)境中連通。 對于無線移動通信系統(tǒng)而言，多普勒頻移、收發(fā)設(shè)備的本地載頻偏差均可能破壞OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性，從而導致ICI，影響系統(tǒng)性能。另外，由于OFDM系統(tǒng)大多采用IFFT/FFT實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)，因此在接收方確定FFT的起點對數(shù)據(jù)的正確解調(diào)也至關(guān)重要。同步技術(shù)即是針對系統(tǒng)中存在的定時偏差、頻率偏差進行定時、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統(tǒng)性能的影響。在OFDM實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)中，同步技術(shù)是十分重要的一部分。本文花費了三個章節(jié)闡述了同步技術(shù)的原理、算法和實現(xiàn)方法。 目前OFDM系統(tǒng)的載波同步方案，可以歸納為三大類：輔助數(shù)據(jù)類，盲估計類和基于循環(huán)前綴的半盲估計類。本文首先分析了各種載波同步方案的優(yōu)缺點，并舉例說明了各個載波同步方式的實現(xiàn)方法。然后具體闡述了本文在FPGA平臺上實現(xiàn)的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具體算法和FPGA實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。本文所采用的幀同步和頻率同步方案都是采用輔助數(shù)據(jù)類的，在闡述其具體算法的同時對算法在不同參數(shù)和不同形式下的性能做出了仿真對比分析。 OFDM的解調(diào)采用FFT算法，在FPGA上的實現(xiàn)是十分方便的。本文主要闡述其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，重點放在提取有效數(shù)據(jù)部分有效數(shù)據(jù)位置的推導過程。最后介紹了本文實現(xiàn)QAM軟解調(diào)的解調(diào)方法。 本文闡述算法采用先提出原理，然后給出具體公式，再根據(jù)公式中的系數(shù)和變量分析算法性能的方式。在闡述實現(xiàn)方式時首先給出實現(xiàn)框圖，然后對框圖中比較重要或者復雜的部分進行詳細闡述。在介紹完每個模塊實現(xiàn)方式之后給出了仿真或者上板結(jié)果，最后再給出整體測試結(jié)果。
上傳時間： 2013-06-26
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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(shù)作為第四代數(shù)字移動通信(4G)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)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(guān)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(shù)，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(shù)，并重點關(guān)注近年來為了改善其性能而興起的數(shù)字化AGC技術(shù)，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(shù)，進一步分析了AAGC技術(shù)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(jié)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(jié)果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎(chǔ)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(shè)計，仿真、綜合和上板結(jié)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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SATA接口是新一代的硬盤串行接口標準，和以往的并行硬盤接口比較它具有支持熱插拔、傳輸速率快、執(zhí)行效率高的明顯優(yōu)勢。SATA2．0是SATA的第二代標準，它規(guī)定在數(shù)據(jù)線上使用LVDS NRZ串行數(shù)據(jù)流傳輸數(shù)據(jù)，速率可達3Gb/s。另外，SATA2．0還具有支持NCQ（本地命令隊列）、端口復用器、交錯啟動等一系列技術(shù)特征。正是由于以上的種種技術(shù)優(yōu)點，SATA硬盤業(yè)已被廣泛的使用于各種企業(yè)級和個人用戶。 硬盤作為主要的信息載體之一，其信息安全問題尤其引起人們的關(guān)注。由于在加密時需要實時處理大量的數(shù)據(jù)，所以對硬盤數(shù)據(jù)的加密主要使用帶有密鑰的硬件加密的方式。因此將硬盤加密和SATA接口結(jié)合起來進行設(shè)計和研究，完成基于SATA2．0接口的加解密芯片系統(tǒng)設(shè)計具有重要的使用價值和研究價值。 本論文首先介紹了SATA2．0的總線協(xié)議，其協(xié)議體系結(jié)構(gòu)包括物理層、鏈路層、傳輸層和命令層，并對系統(tǒng)設(shè)計中各個層次中涉及的關(guān)鍵問題進行了闡述。其次，本論文對ATA協(xié)議和命令進行了詳細的解釋和分析，并針對設(shè)計中涉及的命令和對其做出的修改進行了說明。接著，本論文對SATA2．0加解密控制芯片的系統(tǒng)設(shè)計進行了講解，包括硬件平臺搭建和器件選型、模塊和功能劃分、系統(tǒng)工作原理等，剖析了系統(tǒng)設(shè)計中的難點問題并給出解決問題的方法。然后，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)通路的各個模塊的設(shè)計和實現(xiàn)進行詳盡的闡述，并給出各個模塊的驗證結(jié)果。最后，本文簡要的介紹了驗證平臺搭建和測試環(huán)境、測試方法等問題，并分析測試結(jié)果。 本SATA2．0硬盤加解密接口電路在Xilinx公司的Virtex5 XC5VLX50T FPGA上進行測試，目前工作正常，性能良好，已經(jīng)達到項目性能指標要求。本論文在SATA加解密控制芯片設(shè)計與實現(xiàn)方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經(jīng)濟價值。
上傳時間： 2013-04-24
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并行總線PATA從設(shè)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(lǐng)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(shè)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(jié)構(gòu)，將設(shè)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(chǔ)上著重闡述協(xié)議IP CORE的設(shè)計，并對各個部分的設(shè)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(shè)計滿足協(xié)議需求、適合FPGA設(shè)計的并行結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了多狀態(tài)機的協(xié)同工作：在高速設(shè)計中，使用了流水線方法進行并行設(shè)計，以提高速度，考慮到系統(tǒng)不同部分復雜度的不同，設(shè)計采用部分流水線結(jié)構(gòu)；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(shè)備端IP CORE的設(shè)計。 最終測試數(shù)據(jù)表明，本論文設(shè)計的基于FPGA的SATA IP CORE滿足協(xié)議需求。設(shè)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(shè)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(shù)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(gòu)，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(shè)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(gòu)。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(gòu)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(shè)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(shè)計正逐漸成為現(xiàn)代FPGA應用的一個熱點。結(jié)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(shè)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(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)和基本的設(shè)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(guān)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
上傳用戶：wangchong
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(shè)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(shè)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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