現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的發(fā)展已經(jīng)有二十多年，從最初的1200門發(fā)展到了目前數(shù)百萬門至上千萬門的單片F(xiàn)PGA芯片。現(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子和車用電子類等領(lǐng)域，但國內(nèi)市場(chǎng)基本上是國外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時(shí)鐘分布質(zhì)量變的越來越重要，時(shí)鐘延遲和時(shí)鐘偏差已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內(nèi)的時(shí)鐘延遲，減小時(shí)鐘偏差，主要有利用延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)和鎖相環(huán)(PLL)兩種方法，而其各自又分為數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)。雖然用模擬的方法實(shí)現(xiàn)的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時(shí)鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時(shí)間、設(shè)計(jì)難易程度以及可復(fù)用性等多方面考慮，我們更愿意采用數(shù)字的方法來實(shí)現(xiàn)。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎(chǔ)，對(duì)全數(shù)字延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)電路進(jìn)行分析研究和設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模塊電路。 本文作者在一年多的時(shí)間里，從對(duì)電路整體功能分析、邏輯電路設(shè)計(jì)、晶體管級(jí)電路設(shè)計(jì)和仿真以及最后對(duì)設(shè)計(jì)好的電路仿真分析、電路的優(yōu)化等做了大量的工作，通過比較DLL與PLL、數(shù)字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數(shù)字DLL模塊電路組成結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計(jì)出了符合指標(biāo)要求的全數(shù)字DLL模塊電路，為開發(fā)自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FPGA奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本文先簡要介紹FPGA及其時(shí)鐘管理技術(shù)的發(fā)展，然后深入分析對(duì)比了DLL和PLL兩種時(shí)鐘管理方法的優(yōu)劣。接著詳細(xì)論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設(shè)計(jì)考慮，給出了全數(shù)字DLL整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。最后對(duì)DLL整體電路進(jìn)行整體仿真分析，驗(yàn)證電路功能，得出應(yīng)用參數(shù)。在設(shè)計(jì)中，用Verilog-XL對(duì)部分電路進(jìn)行數(shù)字仿真，Spectre對(duì)進(jìn)行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設(shè)計(jì)采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫建模，設(shè)計(jì)出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動(dòng)時(shí)間為28ps，在輸入100MHz時(shí)鐘時(shí)的功耗為200MW，達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的相應(yīng)指標(biāo)。最后完成了輸出電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘占空比調(diào)節(jié)，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時(shí)鐘分頻等時(shí)鐘頻率合成功能。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 延時(shí)
上傳時(shí)間： 2013-06-10
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自20世紀(jì)80年代以來，正交頻分復(fù)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(yīng)用，而且已經(jīng)成為無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(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(duì)通信數(shù)據(jù)化、寬帶化、個(gè)人化和移動(dòng)化需求的增強(qiáng)，OFDM技術(shù)在綜合無線接入領(lǐng)域?qū)?huì)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。人們開始集中越來越多的精力開發(fā)OFDM技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用，本文也是基于無線通信平臺(tái)上的OFDM技術(shù)的運(yùn)用。 本文的所有內(nèi)容都是建立在空地?cái)?shù)據(jù)無線通信系統(tǒng)下行鏈路FPGA實(shí)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(shí)現(xiàn)和調(diào)試上。主要包括幀同步(時(shí)間同步)算法的研究與設(shè)計(jì)、OFDM頻率同步算法的研究與設(shè)計(jì)以及同步模塊、OFDM解調(diào)模塊、QAM解調(diào)模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)。最終實(shí)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(duì)于無線移動(dòng)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(dǎo)致ICI，影響系統(tǒng)性能。另外，由于OFDM系統(tǒng)大多采用IFFT/FFT實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)，因此在接收方確定FFT的起點(diǎn)對(duì)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(duì)系統(tǒng)中存在的定時(shí)偏差、頻率偏差進(jìn)行定時(shí)、頻偏的估計(jì)與補(bǔ)償，來減少各種同步偏差對(duì)系統(tǒng)性能的影響。在OFDM實(shí)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(fèi)了三個(gè)章節(jié)闡述了同步技術(shù)的原理、算法和實(shí)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(jì)類和基于循環(huán)前綴的半盲估計(jì)類。本文首先分析了各種載波同步方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并舉例說明了各個(gè)載波同步方式的實(shí)現(xiàn)方法。然后具體闡述了本文在FPGA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具體算法和FPGA實(shí)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(shí)對(duì)算法在不同參數(shù)和不同形式下的性能做出了仿真對(duì)比分析。 OFDM的解調(diào)采用FFT算法，在FPGA上的實(shí)現(xiàn)是十分方便的。本文主要闡述其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)放在提取有效數(shù)據(jù)部分有效數(shù)據(jù)位置的推導(dǎo)過程。最后介紹了本文實(shí)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(shí)現(xiàn)方式時(shí)首先給出實(shí)現(xiàn)框圖，然后對(duì)框圖中比較重要或者復(fù)雜的部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。在介紹完每個(gè)模塊實(shí)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(cè)試結(jié)果。
上傳時(shí)間： 2013-06-26
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圖像顯示器是人類接受外部信息的重要手段之一。而立體顯示則能再現(xiàn)場(chǎng)景的三維信息，提供場(chǎng)景更為全面、詳實(shí)的信息，在醫(yī)學(xué)、軍事、娛樂具有廣泛的應(yīng)用前景。而現(xiàn)有的3D立體顯示設(shè)備價(jià)格都比較貴，基于此，本人研究了基于SDRAM存儲(chǔ)器和FPGA處理器的3D頭盔顯示設(shè)備并且設(shè)計(jì)出硬件和軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)圖像效果好，并且價(jià)格成本便宜，從而具有更大的實(shí)用性。本文完成的主要工作有三點(diǎn)： 1.設(shè)計(jì)了基于FPGA處理器和SDRAM存儲(chǔ)器的3D頭盔顯示器。該方案有別于現(xiàn)有的基于MCU、DSP和其它處理芯片的方案。本方案能通過線性插值算法把1024×768的分辨率變成800×600的分辨率，并能實(shí)現(xiàn)120HZ圖像刷新率，采用SDRAM作為高速存儲(chǔ)器，并且采用乒乓操作，有別于其它的開關(guān)左右眼視頻實(shí)現(xiàn)立體圖像。在本方案中每時(shí)每刻都是左右眼視頻同時(shí)輸出，使得使用者感覺不到視頻圖像有任何閃爍，減輕眼睛疲勞。本方案還實(shí)現(xiàn)了圖像對(duì)比對(duì)度調(diào)節(jié)，液晶前照光調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比)，立體圖像源自動(dòng)識(shí)別，還有人性化的操作界面(OSD)功能。 2.完成了該系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。從便攜性角度考慮，盡量減小PCB板面積，給出了它們?cè)敿?xì)的硬件設(shè)計(jì)電路圖。完成了FPGA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)整體分析，各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)原理和具體實(shí)現(xiàn)的方法。完成了單片機(jī)對(duì)AD9883的配置設(shè)計(jì)。 3.完成了本方案的各項(xiàng)測(cè)試和調(diào)試工作，主要包括：數(shù)據(jù)采集部分測(cè)試、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分測(cè)試、FPGA器件工作狀態(tài)測(cè)試、以電腦顯示器作為顯示器的聯(lián)機(jī)調(diào)試和以HX7015A作為顯示器的聯(lián)機(jī)調(diào)試，并且最終調(diào)試通過，各項(xiàng)功能都滿足預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)果論證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和使用價(jià)值。 本文的研究與實(shí)現(xiàn)工作通過實(shí)驗(yàn)和分析得到了驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文提出的由FPGA和SDRAM組成的3D頭盔顯示系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的立體視覺效果，從而可以將該廉價(jià)的3D頭盔顯示系統(tǒng)用于我國現(xiàn)代化建設(shè)中所需要的領(lǐng)域。
上傳時(shí)間： 2013-07-16
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隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國內(nèi)高速公路、城市道路、停車場(chǎng)建設(shè)越來越多，對(duì)交通控制、安全管理的要求也日益提高，智能交通系統(tǒng)( IntelligentTransportation Systems，簡稱ITS)已成為當(dāng)前交通管理發(fā)展的主要方向，而車牌識(shí)別系統(tǒng)(License Plate Recognition System，簡稱LPRS)技術(shù)作為智能交通系統(tǒng)的核心，起著舉足輕重的作用，可以被廣泛地應(yīng)用于高速公路自動(dòng)收費(fèi)(ElectronicToll Collection，簡稱ETC)、停車場(chǎng)安全管理、被盜車輛的追蹤、車流統(tǒng)計(jì)等。 目前，車牌識(shí)別系統(tǒng)大多都是基于PC平臺(tái)的，其優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)容易，但是成本高、實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、穩(wěn)定性不高等缺點(diǎn)使其不能廣泛推廣。為了克服以上的缺點(diǎn)，且滿足識(shí)別速度和識(shí)別率的要求，本文在原有車牌識(shí)別硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上做了一定的改進(jìn)(原系統(tǒng)在圖像采集、接口通信、系統(tǒng)穩(wěn)定、脫機(jī)工作等方面存在一定問題)，與團(tuán)隊(duì)成員一起設(shè)計(jì)出了新的車牌識(shí)別硬件系統(tǒng)，采用單DSP+FPGA和雙DSP+FPGA雙板子的方式來共同實(shí)現(xiàn)(本人負(fù)責(zé)單DSP+FPGA的原理圖和PCB繪制，另一成員負(fù)責(zé)雙DSP+FPGA的原理圖和PCB繪制)。 本文所涉及的該車牌硬件系統(tǒng)，主要工作由以下幾個(gè)部分組成： 1.團(tuán)隊(duì)共同完成了新車牌識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，采用兩個(gè)板子實(shí)現(xiàn)。其中，本人負(fù)責(zé)單DSP+FPGA板子繪制。 2.團(tuán)隊(duì)一起完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路調(diào)試。主要分為如下模塊進(jìn)行調(diào)試：電源，DSP，F(xiàn)PGA，SAA7113H視頻解碼器，LCD液晶顯示和UART接口等。 3.負(fù)責(zé)完成了整個(gè)系統(tǒng)的DSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。采用DSP/BIOS操作系統(tǒng)來構(gòu)建系統(tǒng)的框架，添加了多個(gè)任務(wù)對(duì)象進(jìn)行管理系統(tǒng)的調(diào)度；用CSL編寫了DSP上的底層驅(qū)動(dòng)：完成了車牌識(shí)別算法在DSP上的移植與優(yōu)化。 4.參與完成了部分FPGA程序的開發(fā)，主要包括圖像采集、存儲(chǔ)、傳輸幾個(gè)模塊等。 最終，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效、快速的車牌識(shí)別，各模塊工作穩(wěn)定，能脫機(jī)實(shí)現(xiàn)圖像采集、傳輸、識(shí)別、結(jié)果輸出和顯示為一體化的功能；為以后進(jìn)行高性能的車牌識(shí)別算法開發(fā)提供了一個(gè)很好的硬件平臺(tái)。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著信息時(shí)代的到來，用戶對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)和傳輸可靠性的要求也在不斷提高。由于信道衰落，信號(hào)經(jīng)信道傳輸后，到達(dá)接收端不可避免地會(huì)受到干擾而出現(xiàn)信號(hào)失真。因此需要采用差錯(cuò)控制技術(shù)來檢測(cè)和糾正由信道失真引起的信息傳輸錯(cuò)誤。RS（Reed—Solomon）碼是差錯(cuò)控制領(lǐng)域中一類重要的線性分組碼，由于它編解碼結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，性能強(qiáng)，不但可以糾正隨機(jī)差錯(cuò)，而且對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤的糾錯(cuò)能力也很強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用在數(shù)字通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，以滿足對(duì)數(shù)據(jù)傳輸通道可靠性的要求。因此設(shè)計(jì)一款高性能的RS編解碼器不但具有很大的應(yīng)用意義，而且具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 本文首先介紹了線形分組碼及其子碼循環(huán)碼、BCH碼的基礎(chǔ)理論知識(shí)，重點(diǎn)介紹了BCH碼的重要分支RS碼的常用編解碼算法。由于其算法在有限域上進(jìn)行，接著介紹了有限域的有關(guān)理論。基于RS碼傳統(tǒng)的單倍結(jié)構(gòu)，本文提出了一種八倍并行編碼及九倍并行解碼方案，并用Verilog HDL語言實(shí)現(xiàn)。其中編碼器基于傳統(tǒng)的線性反饋移位寄存器除法電路并進(jìn)行八倍并行擴(kuò)展，譯碼器關(guān)鍵方程求解模塊基于修正的歐幾里德算法設(shè)計(jì)了一種便于硬件實(shí)現(xiàn)的脈動(dòng)關(guān)鍵方程求解結(jié)構(gòu)，其他模塊均采用九倍并行實(shí)現(xiàn)。由于進(jìn)行了超前運(yùn)算、流水線及并行處理，使編解碼的數(shù)據(jù)吞吐量大為提高，同時(shí)延時(shí)更小。 本論文設(shè)計(jì)了C++仿真平臺(tái)，并與HDL代碼結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。Verilog HDL代碼經(jīng)過modelsim仿真驗(yàn)證，并在ALTERA STRATIX3 EP3SL15OF1152C2 FPGA上進(jìn)行綜合驗(yàn)證以及靜態(tài)時(shí)序分析，綜合軟件為QUATURSⅡ V8．0。驗(yàn)證及測(cè)試表明，本設(shè)計(jì)在滿足編解碼基本功能的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高吞吐量和低延時(shí)傳輸，達(dá)到性能指標(biāo)要求。本論文在基于FPGA的RS（255，223）編解碼器的高速并行實(shí)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(jì)價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
上傳用戶：思琦琦
SATA接口是新一代的硬盤串行接口標(biāo)準(zhǔn)，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(shì)。SATA2．0是SATA的第二代標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)3Gb/s。另外，SATA2．0還具有支持NCQ（本地命令隊(duì)列）、端口復(fù)用器、交錯(cuò)啟動(dòng)等一系列技術(shù)特征。正是由于以上的種種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，SATA硬盤業(yè)已被廣泛的使用于各種企業(yè)級(jí)和個(gè)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(shí)需要實(shí)時(shí)處理大量的數(shù)據(jù)，所以對(duì)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(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，完成基于SATA2．0接口的加解密芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的使用價(jià)值和研究價(jià)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(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各個(gè)層次中涉及的關(guān)鍵問題進(jìn)行了闡述。其次，本論文對(duì)ATA協(xié)議和命令進(jìn)行了詳細(xì)的解釋和分析，并針對(duì)設(shè)計(jì)中涉及的命令和對(duì)其做出的修改進(jìn)行了說明。接著，本論文對(duì)SATA2．0加解密控制芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了講解，包括硬件平臺(tái)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(jì)中的難點(diǎn)問題并給出解決問題的方法。然后，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通路的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳盡的闡述，并給出各個(gè)模塊的驗(yàn)證結(jié)果。最后，本文簡要的介紹了驗(yàn)證平臺(tái)搭建和測(cè)試環(huán)境、測(cè)試方法等問題，并分析測(cè)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(jìn)行測(cè)試，目前工作正常，性能良好，已經(jīng)達(dá)到項(xiàng)目性能指標(biāo)要求。本論文在SATA加解密控制芯片設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著我國國防現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷深化，MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)總線已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種軍事應(yīng)用領(lǐng)域。MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)總線是我國上世紀(jì)八十年代引進(jìn)的一種現(xiàn)代化通訊總線，國內(nèi)稱為GJB289A-97。該總線技術(shù)以其高穩(wěn)定性和使用靈活等特點(diǎn)成為現(xiàn)代航空電子綜合系統(tǒng)所廣泛采用的通訊總線技術(shù)。 1553B總線接口模塊作為總線通訊的基本單元，其性能成為影響航電綜合系統(tǒng)整體性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。目前國內(nèi)關(guān)于1553B總線通訊模塊的對(duì)外接口類型較多，而基于嵌入式處理芯片的接口設(shè)計(jì)并不多見。嵌入式設(shè)備具有體積小、重量輕、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、功耗小、穩(wěn)定性好以及接口方便等優(yōu)點(diǎn)。 基于以上考慮，論文中提出了以DSP+FPGA為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)MIL-STD-1553B總線的收發(fā)控制，通過收發(fā)控制器和變壓器實(shí)現(xiàn)MIL-STD-1553B總線的電氣連接。根據(jù)項(xiàng)目需求，設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩部分完成。在對(duì)MIL-STD-1553B總線協(xié)議進(jìn)行詳細(xì)研究后提出了總體設(shè)計(jì)方案原理圖。再根據(jù)方案需求設(shè)計(jì)各功能模塊。使用硬件描述語言VHDL對(duì)各功能模塊進(jìn)行邏輯和行為描述，最終實(shí)現(xiàn)在FPGA中，使其能夠完成1553B數(shù)據(jù)碼的接受、發(fā)送、轉(zhuǎn)換和與處理器的信息交換等功能。DSP部分采用的是TI公司的TMS320F2812，使用C語言進(jìn)行軟件的編譯，使其實(shí)現(xiàn)總體控制和通訊的調(diào)度等功能。 該方案經(jīng)過實(shí)際參與1553B總線通訊系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證明各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，可以投入實(shí)際應(yīng)用。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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近年來，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)集成技術(shù)取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號(hào)處理系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且基于大規(guī)模FPGA單片系統(tǒng)的片上可編程系統(tǒng)(SOPC)的靈活設(shè)計(jì)方式使其越來越多的取代ASIC的市場(chǎng)。傳統(tǒng)的通用信號(hào)處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構(gòu)型不強(qiáng)，F(xiàn)PGA解決了這一問題，并且現(xiàn)有的FPGA中，多數(shù)已集成DSP模塊，結(jié)合FPGA較強(qiáng)的信號(hào)并行處理特性使其與DSP信號(hào)處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號(hào)處理系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可實(shí)施性。 @@ 基于上述要求，作者設(shè)計(jì)和完成了一個(gè)基于多FPGA的通用實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。作者通過全面的分析，設(shè)計(jì)了核心板、底板和應(yīng)用板分離系統(tǒng)架構(gòu)。該平臺(tái)能夠根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號(hào))技術(shù)，從而使得數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定的以非常高的速率進(jìn)行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)范疇，因此必須重視信號(hào)完整性的設(shè)計(jì)與分析問題，作者根據(jù)高速電路的設(shè)計(jì)慣例和軟件輔助設(shè)計(jì)的方法，在分析和論證了阻抗控制、PCB堆疊、PCB布局布線等約束的基礎(chǔ)上，順利地完成了PCB繪制與調(diào)試工作。 @@ 作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的電源完整性問題，并給出了解決辦法。 @@ LVDS高速數(shù)據(jù)通道接口和DDR2存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和驗(yàn)證。并結(jié)合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應(yīng)用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設(shè)計(jì)工作，對(duì)其中的部分接口進(jìn)行了邏輯驗(yàn)證。 @@ 經(jīng)過測(cè)試，該通用的信號(hào)處理平臺(tái)具有實(shí)時(shí)性好、通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展和可重構(gòu)等特點(diǎn)，能夠滿足當(dāng)前一些信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)高速、實(shí)時(shí)處理的要求，可以廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)信號(hào)處理領(lǐng)域。通過本平臺(tái)的研究和開發(fā)工作，為進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)通用、實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞：通用實(shí)時(shí)信號(hào)處理；FPGA；信號(hào)完整性；DDR2；LVDS
標(biāo)簽： FPGA 實(shí)時(shí)信號(hào) 處理系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-27
上傳用戶：qiaoyue
MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)秀性使之成為過去十年應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，也是未來十年影響力最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一。 本文以MPEG-2視頻標(biāo)準(zhǔn)為研究內(nèi)容，建立系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)FPGA原型芯片，并在FPGA系統(tǒng)中驗(yàn)證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實(shí)現(xiàn)ASIC的前端設(shè)計(jì)。完成的主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1.完成解碼系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用了自頂而下的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能單元的劃分；根據(jù)其視頻解碼的特點(diǎn)，確定解碼器的控制方式；把視頻數(shù)據(jù)分文幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的并行解碼。 2.實(shí)現(xiàn)了具體模塊的設(shè)計(jì)：根據(jù)本文研究的要求，在比特流格式器模塊設(shè)計(jì)中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數(shù)據(jù)解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實(shí)現(xiàn)，大大減少了變長數(shù)據(jù)解碼的時(shí)間；IQ、IDCT模塊采用流水的設(shè)計(jì)方法，減少數(shù)據(jù)計(jì)算的時(shí)間：運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊，針對(duì)模塊數(shù)據(jù)運(yùn)算量大和訪問幀存儲(chǔ)器頻繁的特點(diǎn)，采用四個(gè)插值單元同時(shí)處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結(jié)構(gòu)等方法來加快運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償速度。 3.根據(jù)視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統(tǒng)的仿真結(jié)果和軟件結(jié)果的比較來驗(yàn)證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發(fā)板實(shí)現(xiàn)了解碼系統(tǒng)的原型芯片驗(yàn)證，取得了良好的解碼效果。 整個(gè)設(shè)計(jì)采用Verilog HDL語言描述，通過了現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的原型驗(yàn)證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經(jīng)過實(shí)際視頻碼流測(cè)試，本文設(shè)計(jì)可以達(dá)到MPEG-2視頻主類主級(jí)的實(shí)時(shí)解碼的技術(shù)要求。
上傳時(shí)間： 2013-07-27
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虛擬儀器技術(shù)是以傳感器、信號(hào)測(cè)量與處理、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。目前虛擬儀器大部分是基于PC機(jī)，利用PCI等總線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)卡插拔不便，便攜性差。隨著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，而市場(chǎng)上的嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)還相當(dāng)少，各種研究工作才剛剛起步，各種高性能的虛擬儀器和處理系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)控制和科學(xué)研究中已成為必不可少的部分。因此在我國開發(fā)具有較高性能、接口靈活、功能多樣化、低成本的虛擬儀器裝置勢(shì)在必行。 針對(duì)目前虛擬儀器系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)，采用FPGA技術(shù)，進(jìn)行一種支持多種平臺(tái)的高速虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，并針對(duì)高速虛擬儀器系統(tǒng)中的一些技術(shù)難點(diǎn)提出解決方案。首先進(jìn)行了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，確定了采用FPGA作為系統(tǒng)的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)工具，利用USB2.0接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；同時(shí)選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統(tǒng)硬軟件平臺(tái)。隨后進(jìn)行了各個(gè)具體模塊的設(shè)計(jì)，在硬件方面，分別設(shè)計(jì)了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進(jìn)行了FPGA控制程序的設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)模塊和接口電路的控制功能。在上層應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)了Labview應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機(jī)界面良好。在嵌入式平臺(tái)上面，進(jìn)行了WinCE下GPIO驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，并在上層應(yīng)用程序中調(diào)用驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。為了解決高速ADC與數(shù)據(jù)緩存器的速度不匹配的問題，提出利用多體交叉式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并在FPGA內(nèi)對(duì)控制程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)其時(shí)序進(jìn)行了仿真。 最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試工作，利用上層軟件對(duì)輸入波形進(jìn)行采集。根據(jù)調(diào)試結(jié)果看，該系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了較好的采樣和存儲(chǔ)，還原了波形，達(dá)到了預(yù)期效果。課題研究并且對(duì)設(shè)計(jì)出一種支持多平臺(tái)的新型虛擬儀器系統(tǒng)，具有性能好、使用靈活，節(jié)省成本等特點(diǎn)，具有較高的研究價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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