近年來，以FPGA為代表的數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)場集成技術(shù)取得了快速的發(fā)展，F(xiàn)PGA不但解決了信號處理系統(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)的靈活設計方式使其越來越多的取代ASIC的市場。傳統(tǒng)的通用信號處理系統(tǒng)使用DSP作為處理核心，系統(tǒng)的可重構(gòu)型不強，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較強的信號并行處理特性使其與DSP信號處理能力差距很小。因此，F(xiàn)PGA作為處理核心的通用信號處理系統(tǒng)具有很強的可實施性。 @@ 基于上述要求，作者設計和完成了一個基于多FPGA的通用實時信號處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用4片XC3SD1800A作為處理核心，使用DDR2 SDRAM高速存儲實時數(shù)據(jù)。作者通過全面的分析，設計了核心板、底板和應用板分離系統(tǒng)架構(gòu)。該平臺能夠根據(jù)實際需求進行靈活的搭配，核心板之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了LVDS(低電壓差分信號)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行傳輸。 @@ 本系統(tǒng)屬于高速數(shù)字電路的設計范疇，因此必須重視信號完整性的設計與分析問題，作者根據(jù)高速電路的設計慣例和軟件輔助設計的方法，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)設計的重要環(huán)節(jié)，作者還在文中研究了在系統(tǒng)設計過程中出現(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存儲器接口設計決定本系統(tǒng)的使用性能，本文基于所選的FPGA芯片進行了詳細的闡述和驗證。并結(jié)合系統(tǒng)的核心板和底板，完成了應用板，視頻圖像采集、USB、音頻、LCD和LED矩陣模塊顯示等接口的設計工作，對其中的部分接口進行了邏輯驗證。 @@ 經(jīng)過測試，該通用的信號處理平臺具有實時性好、通用性強、可擴展和可重構(gòu)等特點，能夠滿足當前一些信號處理系統(tǒng)對高速、實時處理的要求，可以廣泛應用于實時信號處理領(lǐng)域。通過本平臺的研究和開發(fā)工作，為進一步研究和設計通用、實時信號處理系統(tǒng)打下了堅實的基礎(chǔ)。 @@關(guān)鍵詞：通用實時信號處理；FPGA；信號完整性；DDR2；LVDS
標簽： FPGA 實時信號 處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-27
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虛擬儀器技術(shù)是以傳感器、信號測量與處理、微型計算機等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應用技術(shù)。目前虛擬儀器大部分是基于PC機，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)平臺已經(jīng)應用到各個領(lǐng)域，而市場上的嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)還相當少，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在必行。 針對目前虛擬儀器系統(tǒng)發(fā)展趨勢和特點，采用FPGA技術(shù)，進行一種支持多種平臺的高速虛擬儀器系統(tǒng)的設計與研究，并針對高速虛擬儀器系統(tǒng)中的一些技術(shù)難點提出解決方案。首先進行了系統(tǒng)的總體設計，確定了采用FPGA作為系統(tǒng)的控制核心，并選取了Labview作為PC平臺應用程序開發(fā)工具，利用USB2.0接口來進行數(shù)據(jù)傳輸；同時選取嵌入式處理器S3C2410以及WinCE作為嵌入式系統(tǒng)硬軟件平臺。隨后進行了各個具體模塊的設計，在硬件方面，分別設計了前端處理電路，ADC電路以及USB接口電路。在軟件方面，進行了FPGA控制程序的設計工作，實現(xiàn)了對各個模塊和接口電路的控制功能。在上層應用程序的設計方面，設計了Labview應用程序，實現(xiàn)了波形顯示和頻譜分析等儀器功能，人機界面良好。在嵌入式平臺上面，進行了WinCE下GPIO驅(qū)動程序設計，并在上層應用程序中調(diào)用驅(qū)動來進行數(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器結(jié)構(gòu)的設計方案，并在FPGA內(nèi)對控制程序進行了設計，對其時序進行了仿真。 最后對系統(tǒng)進行了聯(lián)合調(diào)試工作，利用上層軟件對輸入波形進行采集。根據(jù)調(diào)試結(jié)果看，該系統(tǒng)對輸入信號進行了較好的采樣和存儲，還原了波形，達到了預期效果。課題研究并且對設計出一種支持多平臺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，具有較高的研究價值和現(xiàn)實意義。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)碼技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理的應用領(lǐng)域不斷擴大，其實時處理技術(shù)成為研究的熱點。VLSI技術(shù)的迅猛發(fā)展為數(shù)字圖像實時處理技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。其中FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的特點使其非常適用于進行一些基于像素級的圖像處理。 傳統(tǒng)的圖像顯示系統(tǒng)必須連接到PC才能觀察圖像視頻，存在著高速實時性、穩(wěn)定性問題。本設計脫離高清晰工業(yè)相機必須與PC連接才可以觀看到高清晰圖像的束縛，實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。針對130萬像素彩色1/2英寸鎂光CMOS圖像傳感器，提出用硬件實現(xiàn)Bayer格式到RGB格式轉(zhuǎn)換的設計方案，完成由黑白圖像到高清彩色圖像的轉(zhuǎn)換，用SDRAM作緩存，輸出標準VGA信號，可直接連接VGA顯示器、投影儀等設備進行實時的視頻圖像觀看，與模擬相機740X576分辨率(480線)圖像相比，設計圖像畫質(zhì)相當于1280X1024分辨率(750線)，最高幀率25fps，整個結(jié)構(gòu)應用FPGA作為主控制器，用少量的緩存代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大容量存儲，加快了運算速率，減小了電路規(guī)模，滿足圖像實時處理的要求，使展現(xiàn)出來的視頻圖像得到質(zhì)的飛躍。可以廣泛應用于工業(yè)控制和遠程監(jiān)控等領(lǐng)域。 論文研究的重點是采用altera公司EP2C芯片前端驅(qū)動CMOS圖像傳感器，實時采集Bayer圖像象素，分析研究CFA圖像插值算法，實現(xiàn)了基于FPGA的實時線性插值算法，能夠?qū)斎胧敲肯袼?bit、分辨率為1280×1204的Bayer模式圖像數(shù)據(jù)進行實時重構(gòu)，輸出彩色RGB圖像。由端口FIFO作為數(shù)據(jù)緩沖，存儲一幀圖像到高速SDRAM，構(gòu)建VGA顯示控制器，實現(xiàn)對輸入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率為640×480、幀頻25HZ彩色圖像進行實時顯示。 整個模塊結(jié)構(gòu)包括電源模塊單元等、CMOS成像單元、FPGA數(shù)據(jù)處理單元、SDRAM控制單元、VGA顯示接口單元。 最后，對系統(tǒng)進行了調(diào)試。經(jīng)實驗驗證，系統(tǒng)達到了實時性，能正確和可靠的工作。整個設計模塊能夠滿足高幀率和高清晰的實時圖像處理，占用系統(tǒng)資源很少，用較少的時間完成了圖像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，提高了效率。
標簽： FPGA 實時圖像采集 與處理系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-08
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本研究針對目標識別等系統(tǒng)中由于載機轉(zhuǎn)動而使目標圖像發(fā)生旋轉(zhuǎn)，給測量及人眼觀察帶來的影響，因此需要對目標圖像進行實時的反旋轉(zhuǎn)處理，對目前出現(xiàn)的消像旋技術(shù)進行分析和比較，選擇從電子學消旋方法出發(fā)，研究圖像消像旋的方法，并給出了基于FPGA的實時消像旋系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)和相應的算法設計。 本文在對電子圖像消旋原理的深入分析的基礎(chǔ)上，設計并利用Visual C++6.0軟件仿真實現(xiàn)了一種優(yōu)化的快速旋轉(zhuǎn)算法，再利用后插值處理保證了圖像的質(zhì)量；構(gòu)建了以ACEX EP1K100為核心的數(shù)字圖像實時消像旋系統(tǒng)，利用VHDL硬件描述語言實現(xiàn)了整個消像旋算法的FPGA設計。該系統(tǒng)利用高速相機和Camera Link接口傳輸圖像，提高了系統(tǒng)的運行速度。利用QuartusII和Matlab軟件對整個算法設計進行混合仿真實驗。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠成功地對采集到的灰度圖像進行消像旋處理，旋轉(zhuǎn)后的圖像清晰穩(wěn)定，像素誤差小于一個像素，而且對于視頻信號只有一幀的延時不到20ms，達到系統(tǒng)參數(shù)要求。
上傳時間： 2013-07-04
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數(shù)據(jù)采集是信號與信息系統(tǒng)中一個重要的組成部分，也是數(shù)字信號處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本論文主要介紹一種基于FPGA的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提出一種由高速A/D轉(zhuǎn)換芯片、高性能FPGA和PCI總線接口組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案及其的硬件電路實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用AD器件對信號進行放大、差分轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用FPGA設計內(nèi)部模塊和時鐘信號來進行電路控制及實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)傳遞等功能，最后通過PCI邏輯接口把暫存在FPGA的數(shù)據(jù)傳送到PC主機。FPGA作為采集系統(tǒng)的核心部件，完成了內(nèi)部數(shù)字電路設計，使系統(tǒng)具有很高的可適應性、可擴展性和可調(diào)試性。 本論文從研究數(shù)據(jù)采集的理論出發(fā)，重點研究了A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA芯片設計及PCI總結(jié)接口設計，完成了系統(tǒng)的各級電路硬件設計，并通過系統(tǒng)仿真驗證了系統(tǒng)的可行性。
標簽： FPGA 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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本論文基于直接擴頻通信的理論設計了一種全數(shù)字的中頻接收機，使用Xilinx公司的FPGA芯片xc3s400作為接收機的主芯片，實現(xiàn)中頻數(shù)字信號的下變頻，基帶解調(diào)，PN碼的捕獲及跟蹤環(huán)路的設計并給出了它們的具體設計步驟及RTL級邏輯電路圖。本文對于數(shù)字下變頻器的設計、數(shù)字抑制載波恢復環(huán)的設計進行了詳細的論述，還使用Matlab中的Simulink對本接收機系統(tǒng)所要使用的全數(shù)字Costas環(huán)進行了功能仿真并給出了仿真結(jié)果。 本文使用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9601對中頻模擬信號進行采樣，最后再用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9740還原出原始信息，并給出了它們與核心芯片xc3s400的接口設計方法及原理電路圖。
上傳時間： 2013-07-30
上傳用戶：weiwolkt
高速大容量數(shù)據(jù)采集存儲技術(shù)在通信、航天、氣象、雷達等多個領(lǐng)域中擁有著廣泛應用。各領(lǐng)域科技與信息技術(shù)不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)的采集和傳輸速率要求越來越高，對數(shù)據(jù)存儲的速度和容量要求也越來越高。高速數(shù)據(jù)存儲主要包括存儲介質(zhì)選取、存儲器控制、數(shù)據(jù)存儲和總線應用等，如何實時、高速、連續(xù)大量地采集存儲數(shù)據(jù)是一個關(guān)鍵性問題。 本文設計了一種基于FPGA控制的高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用符合ATA-6規(guī)范的IDE硬盤作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，采用RAID0配置的磁盤陣列形式，并配合板載的128MB內(nèi)存實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速大容量穩(wěn)定存儲。 該磁盤陣列同時管理五個IDE硬盤，平均數(shù)據(jù)流達到250MB/s，峰值傳輸速率達到500MB/s，也可以擴展更多硬盤構(gòu)成大容量的磁盤陣列。系統(tǒng)采用PCI-9054橋芯片與計算機連接，可同時存儲四路AD數(shù)據(jù)，可以通過人機交互界面實時監(jiān)控數(shù)據(jù)采集情況，在計算機上實現(xiàn)整個磁盤陣列的實時控制。
標簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-06-14
上傳用戶：2404
隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，圖像處理系統(tǒng)在日常生活、工業(yè)、軍事和醫(yī)療方面等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。 本論文圍繞視頻圖像處理器的設計以及圖像增強算法的研究，開展了以下方面的研究： 1.對基于拉普拉斯算子的灰度圖像增強算法、基于飽和度分量反饋的自適應亮度增強算法及其改進算法進行了仿真，并分別對增強前后的灰度圖像和彩色圖像進行了比較。 2.提出了一個視頻圖像處理器的硬件實現(xiàn)方案。該方案以FPGA為核心，具有較強的圖像實時處理能力，具有1路視頻輸入端口和1路視頻輸出端口，以及PCI接口和2個UART串行接口。 3.完成了視頻圖像處理器的原理圖設計、印制板圖設計。在印制板圖設計中，應用信號完整新分析的理論，對高速電路的布局和布線進行了優(yōu)化設計，保證了硬件電路的性能。
上傳時間： 2013-06-13
上傳用戶：lanjisu111
信息安全在當今的社會生產(chǎn)生活中已經(jīng)被廣為關(guān)注，對敏感信息進行加密是提高信息安全性的一種常見的和有效的手段。 常見的加密方法有軟件加密和硬件加密。軟件加密的方法因為加密速度低、安全性差以及安裝不便，在一些高端或主流的加密處理中都采用硬件加密手段對數(shù)據(jù)進行處理。硬件加密設備如加密狗和加密卡已經(jīng)廣泛地應用于信息加密領(lǐng)域當中。 但是加密卡和加密狗因為采用的是多芯片結(jié)構(gòu)，即采用獨立的USB通信芯片和獨立的加密芯片來分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB傳輸和加密功能，如果在USB芯片和加密芯片之間進行數(shù)據(jù)竊聽的話，很輕易地就可以獲得未加密的明文數(shù)據(jù)。作者提出了一種新的基于單芯片實現(xiàn)的USB加密接口芯片的構(gòu)想，采用一塊芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB2.0通信和AES加密功能，命名為USB2.0加密接口芯片。 USB2.0加密接口芯片采用了USB2.0接口標準和AES加密算法。該加密芯片可以實現(xiàn)與主機的快速通信，具有快速的密碼處理能力，對外提供USB接口，支持基于USB密碼載體的自身安全初始化方式。 根據(jù)設計思想，課題研究并設計了USB2.0加密接口芯片的總體硬件架構(gòu)，設計了USB模塊和AES加密模塊。為了解決USB通信模塊與AES加密模塊之間存在的數(shù)據(jù)處理單元匹配以及速度匹配問題，本文設計了AESUSB緩沖器，優(yōu)化了AES有限域加密算法。最后，利用VerilogHDL語言在FPGA芯片上實現(xiàn)了USB2.0加密接口芯片的功能，并在此基礎(chǔ)之上對加密芯片的通信和加密性能進行了測試和驗證。
上傳時間： 2013-05-24
上傳用戶：黃華強
信號與信息處理是信息科學中近幾年來發(fā)展最為迅速的學科之一,隨著片上系統(tǒng)(SOC,System On Chip)時代的到來,FPGA正處于革命性數(shù)字信號處理的前沿。基于FPGA的設計可以在系統(tǒng)可再編程及在系統(tǒng)調(diào)試,具有吞吐量高,能夠更好地防止授權(quán)復制、元器件和開發(fā)成本進一步降低、開發(fā)時間也大大縮短等優(yōu)點。然而,FPGA器件是基于SRAM結(jié)構(gòu)的編程工藝,掉電后編程信息立即丟失,每次加電時,配置數(shù)據(jù)都必須重新下載,并且器件支持多種配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系統(tǒng)設計中具有極其重要的價值,這也給用于可編程邏輯器件編程的配置接口電路和實驗開發(fā)設備提出了更高的要求。 本論文基于IEEE1149.1標準和USB2.0技術(shù),完成了FPGA配置接口電路及實驗開發(fā)板的設計與實現(xiàn)。作者在充分理解IEEE1149.1標準和USB技術(shù)原理的基礎(chǔ)上,針對Altcra公司專用的USB數(shù)據(jù)配置電纜USB-Blaster,對其內(nèi)部工作原理及工作時序進行測試與詳細分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片開發(fā)實驗電路的完整軟硬件設計及功能時序仿真。作者最后進行了軟硬件調(diào)試,完成測試與驗證,實現(xiàn)了對Altera系列PLD的配置功能及實驗開發(fā)板的功能。 本文討論的USB下載接口電路被驗證能在Altera的QuartusII開發(fā)環(huán)境下直接使用,無須在主機端另行設計通信軟件,其兼容性較現(xiàn)有設計有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)廠商對其知識產(chǎn)權(quán)嚴格保密,使得基于USB接口的配置電路應用受到很大限制,同時也加大了自行對其進行開發(fā)設計的難度。 與傳統(tǒng)的基于PC并口的下載接口電路相比,本設計的基于USB下載接口電路及FPGA實驗開發(fā)板具有更高的編程下載速率、支持熱插拔、體積小、便于攜帶、降低對PC硬件傷害,且具備其它下載接口電路不具備的SignalTapII嵌入式邏輯分析儀和調(diào)試NiosII嵌入式軟核處理器等明顯優(yōu)勢。從成本來看,本設計的USB配置接口電路及FPGA實驗開發(fā)板與其同類產(chǎn)品相比有較強的競爭力。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：lingduhanya
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