甚短距離傳輸(VSR)是一種用于短距離(約300 m～600m)內進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓鈧鬏敿夹g.它主要應用于網(wǎng)絡中的交換機、核心路由器(CR)、光交叉連接設備(OXC)、分插復用器(ADM)和波分復用(WDM)終端等不同層次設備之間的互連,具有構建方便、性能穩(wěn)定和成本低等優(yōu)點,是光通信技術發(fā)展的一個全新領域,逐漸成為國際通用的標準技術,成為全光網(wǎng)的一個重要組成部分. 本文深入研究了VSR并行光傳輸系統(tǒng),完成了VSR技術的核心部分--轉換器子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),使用現(xiàn)場可編程陣列FPGA(Field Programmable GateArray)來完成轉換器電路的設計和功能實現(xiàn).深入研究現(xiàn)有VSR4-1.0和VSR4-3.0兩種并行傳輸標準,在其技術原理的基礎上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纖帶的信道利用率,充分利用系統(tǒng)總吞吐量大的優(yōu)勢,為將來向更高速率升級提供了依據(jù).根據(jù)萬兆以太網(wǎng)的技術特點和傳輸要求,提出并設計了用VSR技術實現(xiàn)局域和廣域萬兆以太網(wǎng)在較短距離上的高速互連的系統(tǒng)方案,成功地將VSR技術移植到萬兆以太網(wǎng)上,實現(xiàn)低成本、構建方便和性能穩(wěn)定的高速短距離傳輸. 本文所有的設計均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上實現(xiàn),采用Altera的Quartus Ⅱ開發(fā)工具和 Verilog HDL硬件描述語言完成了VSR4-1.0轉換器集成電路和萬兆以太網(wǎng)的SERDES的設計和仿真,并給出了各模塊的電路結構和仿真結果.仿真的結果表明,所有的設計均能正確的實現(xiàn)各自的功能,完全能夠滿足10Gb/s高速并行傳輸系統(tǒng)的要求.
上傳時間： 2013-07-14
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當前，在系統(tǒng)級互連設計中高速串行I/O技術迅速取代傳統(tǒng)的并行I/O技術正成為業(yè)界趨勢。人們已經(jīng)意識到串行I/O“潮流”是不可避免的，因為在高于1Gbps的速度下，并行I/O方案已經(jīng)達到了物理極限，不能再提供可靠和經(jīng)濟的信號同步方法。基于串行I/O的設計帶來許多傳統(tǒng)并行方法所無法提供的優(yōu)點，包括：更少的器件引腳、更低的電路板空間要求、減少印刷電路板（PCB）層數(shù)、PCB布局布線更容易、接頭更小、EMI更少，而且抵抗噪聲的能力也更好。高速串行I/O技術正被越來越廣泛地應用于各種系統(tǒng)設計中，包括PC、消費電子、海量存儲、服務器、通信網(wǎng)絡、工業(yè)計算和控制、測試設備等。迄今業(yè)界已經(jīng)發(fā)展出了多種串行系統(tǒng)接口標準，如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太網(wǎng)、10G以太網(wǎng)XAUI、串行ATA等等。 Aurora協(xié)議是為私有上層協(xié)議或標準上層協(xié)議提供透明接口的串行互連協(xié)議，它允許任何數(shù)據(jù)分組通過Aurora協(xié)議封裝并在芯片間、電路板間甚至機箱間傳輸。Aurora鏈路層協(xié)議在物理層采用千兆位串行技術，每物理通道的傳輸波特率可從622Mbps擴展到3.125Gbps。Aurora還可將1至16個物理通道綁定在一起形成一個虛擬鏈路。16個通道綁定而成的虛擬鏈路可提供50Gbps的傳輸波特率和最大40Gbps的全雙工數(shù)據(jù)傳輸速率。Aurora可優(yōu)化支持范圍廣泛的應用，如太位級路由器和交換機、遠程接入交換機、HDTV廣播系統(tǒng)、分布式服務器和存儲子系統(tǒng)等需要極高數(shù)據(jù)傳輸速率的應用。 傳統(tǒng)的標準背板如VME總線和CompactPCI總線都是采用并行總線方式。然而對帶寬需求的不斷增加使新興的高速串行總線背板正在逐漸取代傳統(tǒng)的并行總線背板。現(xiàn)在，高速串行背板速率普遍從622Mbps到3.125Gbps，甚至超過10Gbps。AdvancedTCA（先進電信計算架構）正是在這種背景下作為新一代的標準背板平臺被提出并得到快速的發(fā)展。它由PCI工業(yè)計算機制造商協(xié)會（PICMG）開發(fā)，其主要目的是定義一種開放的通信和計算架構，使它們能被方便而迅速地集成，滿足高性能系統(tǒng)業(yè)務的要求。ATCA作為標準串行總線結構，支持高速互聯(lián)、不同背板拓撲、高信號密度、標準機械與電氣特性、足夠步線長度等特性，滿足當前和未來高系統(tǒng)帶寬的要求。 采用FPGA設計高速串行接口將為設計帶來巨大的靈活性和可擴展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片內置了最多24個RocketIO收發(fā)器，提供從622Mbps到3.125Gbps的數(shù)據(jù)速率并支持所有新興的高速串行I/O接口標準。結合其強大的邏輯處理能力、豐富的IP核心支持和內置PowerPC處理器，為企業(yè)從并行連接向串行連接的過渡提供了一個理想的連接平臺。 本文論述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA設計傳輸速率為2.5Gbps的高速串行背板接口，該背板接口完全符合PICMG3.0規(guī)范。本文對串行高速通道技術的發(fā)展背景、現(xiàn)狀及應用進行了簡要的介紹和分析，詳細分析了所涉及到的主要技術包括線路編解碼、控制字符、逗點檢測、擾碼、時鐘校正、通道綁定、預加重等。同時對AdvancedTCA規(guī)范以及Aurora鏈路層協(xié)議進行了分析， 并在此基礎上給出了FPGA的設計方法。最后介紹了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT設計工具，可在標準ATCA機框內完成單通道速率為2.5Gbps的全網(wǎng)格互聯(lián)。
上傳時間： 2013-05-29
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隨著國際互聯(lián)網(wǎng)絡的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡應用的不斷豐富，Intenret已經(jīng)從最初以學術交流為目的而演變?yōu)樯虡I(yè)行為，網(wǎng)絡安全性需求日益增加，高速網(wǎng)絡安全保密成為關注的焦點，在安全得到保障的情況下，為了滿足網(wǎng)速無限制的追求，高速網(wǎng)絡硬件加密設備也必將成為需求熱點。另一方面，IPSec協(xié)議被廣泛的應用于防火墻和安全網(wǎng)關中，但對IPSec協(xié)議的處理會大大增加網(wǎng)關的負載，成為千兆網(wǎng)實現(xiàn)的瓶頸。本文便是針對上述現(xiàn)狀，研究基于高性能FPGA實現(xiàn)千兆IPSec協(xié)議的設計技術。 目前，國外IPSec協(xié)議實現(xiàn)已經(jīng)芯片化，達到幾千兆的速率，但是國內產(chǎn)品多以軟件實現(xiàn)，速度難以提高。本文采用的基于FPGA的IPSec技術方案，采用硬件實現(xiàn)隧道模式下的IPSec協(xié)議，為IP分組及其上層協(xié)議數(shù)據(jù)提供機密性、數(shù)據(jù)完整性驗證以及數(shù)據(jù)源驗證等安全服務。在以VPN為實施方案的基礎上，構建了以KDIPSec為設備原型以IPSec協(xié)議為出發(fā)點的千兆網(wǎng)絡系統(tǒng)環(huán)境模型，從硬件體系結構到各個模塊的劃分以及各個模塊實現(xiàn)的功能這幾個方面描述了KDIPSec實現(xiàn)技術，最后描述了一些關鍵模塊的FPGA設計和和仿真。所有處理模塊均在Xilinx公司的FPGA芯片中實現(xiàn)，處理速率超過1Gb/s。
標簽： IPSec FPGA 協(xié)議 實現(xiàn)技術
上傳時間： 2013-07-03
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電力線通信技術利用分布廣泛的低壓電力線作為通信信道，實現(xiàn)internet高速互連，為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)訪問、視頻點播等服務，形成包括電力在內的“四網(wǎng)合一”，目前正受到人們的關注。利用該技術，可以在居民區(qū)內建立寬帶接入網(wǎng)，也可以利用遍布家庭各個房間的電源插座組成家庭局域網(wǎng)。但是電力線是傳輸電能的，因此通過電力線傳輸數(shù)據(jù)有許多的問題需要解決。 OFDM(正交頻分復用)技術是實現(xiàn)電力線通信的一項熱門技術。OFDM采用添加循環(huán)前綴的技術，能有效地降低ICI(信道間干擾)和ISI(碼間干擾)。同時通過使用正交的子信道，大大提高了頻譜資源利用率。FPGA作為可編程邏輯器件，具有設計時間短、投資少、風險小的特點，而且可以反復修改，反復編程，直到完全滿足需要，具有其他方式無可比擬的方便性和靈活性，能夠加速數(shù)字系統(tǒng)的研發(fā)速度。本文著重研究了OFDM同步技術在FPGA上的實現(xiàn)。本論文主要是在項目組工作的基礎上構造雙路信號數(shù)據(jù)糾正算法流程，提出最佳采樣點與載波相位估計算法，完善中各個子模塊算法的硬件設計流程。內容安排如下：第一章介紹OFDM(正交頻分復用)技術的發(fā)展歷史、技術原理。第二章介紹了PLD的分類、工藝和結構特點，以及FPGA的開發(fā)環(huán)境、開發(fā)流程和Verilog語言的特點。第三章對OFDM系統(tǒng)的同步模塊進行詳細的闡述。第四章是OFDM同步算法的在FPGA上的實現(xiàn)，對各個子模塊進行仿真，給出了仿真波形圖和系統(tǒng)性能分析。最后，第五章總結了全文的工作，對OFDM技術的實現(xiàn)需要進一步完善的方面與后續(xù)工作進行了探討。
標簽： OFDM FPGA PLC 通信系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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半導體技術的迅猛發(fā)展使得微控制器集成度越來越高，計算速度越來越快，價格和功耗越來越低。近年來異軍突起的一些32位ARM微控制器工作主頻高達幾百兆，很好的解決了困擾工程師們的實時性問題。 隨著計算機、通訊和控制技術的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)正在朝著網(wǎng)絡化、分布化的方向發(fā)展。現(xiàn)場總線既是一個開放通信網(wǎng)絡，又是一種全分布控制系統(tǒng)。現(xiàn)已廣泛應用于多個工業(yè)領域。CAN總線即是現(xiàn)場總線的一種，它主要應用于各種設備檢測及控制，被公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。 本文基于ARM微控制器AT91RM9200，開發(fā)了一套帶有CAN總線接口的海洋氣象要素觀測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以掛接多個CAN總線傳感器節(jié)點，同時還具有以太網(wǎng)、USB、RS232、RS422、RS485等多種通信端口，并且可靠性高、抗干擾能力強。CAN總線傳感器節(jié)點，由傳感器、微處理器芯片(內嵌CAN控制器)和CAN收發(fā)模塊組成，可以獨立完成某一項或多項氣象要素的數(shù)據(jù)采集，同時還能實現(xiàn)與CAN總線的數(shù)據(jù)交換。 論文首先介紹了海洋氣象要素觀測系統(tǒng)的總體設計，接著介紹了傳感器節(jié)點的CAN總線實現(xiàn)方案，然后詳細闡述了以AT91RM9200為核心的開發(fā)平臺的硬件組成及實現(xiàn)，并以此硬件平臺為基礎，詳細的論述了嵌入式Linux開發(fā)流程以及移植到具體硬件平臺需要完成的工作，如U－BOOT的移植、Linux內核的編譯與裁剪、文件系統(tǒng)的制作、驅動程序的編寫、以及應用程序的開發(fā)。
上傳時間： 2013-05-20
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近年來提出的光突發(fā)交換OBS(Optical．Burst Switching)技術，結合了光路交換(OCS)與光分組交換(OPS)的優(yōu)點，有效支持高突發(fā)、高速率的多種業(yè)務，成為目前研究的熱點和前沿。 本論文圍繞國家“863”計劃資助課題“光突發(fā)交換關鍵技術和試驗系統(tǒng)”，主要涉及兩個方面：LOBS邊緣節(jié)點核心板和光板FPGA的實現(xiàn)方案，重點關注于邊緣節(jié)點核心板突發(fā)包組裝算法。 本文第一章首先介紹LOBS網(wǎng)絡的背景、架構，分析了LOBS網(wǎng)絡的關鍵技術，然后介紹了本論文后續(xù)章節(jié)研究的主要內容。 第二章介紹了LOBS邊緣節(jié)點的總體結構，主要由核心板和光板組成。核心板包括千兆以太網(wǎng)物理層接入芯片，突發(fā)包組裝FPGA，突發(fā)包調度FPGA，SDRAM以及背板驅動芯片($2064)等硬件模塊。光板包括$2064，發(fā)射FPGA，接收FPGA，光發(fā)射機，光接收機，CDR等硬件模塊。論文對這些軟硬件資源進行了詳細介紹，重點關注于各FPGA與其余硬件資源的接口。 第三章闡明了LOBS邊緣節(jié)點FPGA的具體實現(xiàn)方法，分為核心板突發(fā)包組裝FPGA和光板FPGA兩部分。核心板FPGA對數(shù)據(jù)和描述信息分別存儲，僅對描述信息進行處理，提高了組裝效率。在維護突發(fā)包信息時，實時查詢和更新FEC配置表，保證了對FEE狀態(tài)表維護的靈活性。在讀寫SDRAM時都采用整頁突發(fā)讀寫模式，對MAC幀整幀一次性寫入，讀取時采用超前預讀模式，對SDRAM內存的使用采取即時申請方式，十分靈活高效。光板FPGA分為發(fā)射和接收兩個方向，主要是將進入FPGA的數(shù)據(jù)進行同步后按照指定的格式發(fā)送。 第四章總結了論文的主要內容，并對LOBS技術進行展望。本論文組幀算法采用動態(tài)組裝參數(shù)表的方法，可以充分支持各種擴展，包括自適應動態(tài)組裝算法。
上傳時間： 2013-05-26
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利用混沌的對初值和參數(shù)敏感、偽隨機以及遍歷等特性設計的加密方案,相對傳統(tǒng)加密方案而言,表現(xiàn)出許多優(yōu)越性能,尤其在快速置亂和擴散數(shù)據(jù)方面.目前,大多數(shù)混沌密碼傾向于軟件實現(xiàn),這些實現(xiàn)方案中數(shù)據(jù)串行處理且吞吐量有限,因而不適合硬件實現(xiàn).該論文分別介紹了適合FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)并行實現(xiàn)的序列密碼和分組密碼方案.序列密碼方案,對傳統(tǒng)LFSR(線性反饋移位寄存器)進行改進,采用非線性的混沌方程代替LFSR中的線性反饋方程,進而構造出基于混沌偽隨機數(shù)發(fā)生器的加密算法.分組密碼方案,從圖像置亂的快速性考慮,將兩維混沌映射擴展到三維空間;同時,引入另一種混沌映射對圖像數(shù)據(jù)進行擴散操作,以有效地抵抗統(tǒng)計和差分攻擊.對于這兩種方案,文中給出了VHDL(硬件描述語言)編程、FPGA片內功能模塊設計、加密效果以及硬件性能分析等.其中,序列密碼硬件實現(xiàn)方案,在不考慮通信延時的情況下,可以達到每秒61.622兆字節(jié)的加密速度.實驗結果表明,這兩種加密算法的FPGA實現(xiàn)方案是可行的,并且能夠得到較高的安全性和較快的加密速度.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生活水平的逐步提高，購置房屋和車輛的人越來越多，但安全問題也給人們帶來巨大的經(jīng)濟損失。與此同時，相應的安全防盜系統(tǒng)也應運而生。目前市場上，低端的方案是利用單片機和通訊單元相結合構成系統(tǒng)。這種系統(tǒng)雖然價格便宜，實現(xiàn)起來也相對簡單，但是功能不夠完善，不能實現(xiàn)正真的影、音、像圖文全方位監(jiān)控。而高端的方案則使用專用集成電路，雖然功能強大，但是價格昂貴，并且對于新的接口標準存在兼容性問題，而且也不易升級。 基于FPGA的安全監(jiān)控系統(tǒng)，是FPGA和通訊單元相結合的產(chǎn)物。其核心FPGA可多次配置，靈活性強，在性能和價格中找到一個很好的平衡。其易于維護和升級，以滿足市場上不斷推陳出的新的接口標準。 整個系統(tǒng)將是對視頻圖像處理、圖像加密技術、傳感器、PIC總線通訊等諸多技術的整合。而本文將側重于論述該系統(tǒng)中視頻圖像處理、控制接口和視頻傳送部分的內容。全文分為五個章節(jié)，第一章簡要介紹了視頻信號處理的原理和結構，對一些專業(yè)術語進行介紹，并展示了通用的視頻處理過程。第二章針對監(jiān)控系統(tǒng)的案例，對視頻信號處理模塊的解決方案進行論述，將實際的視頻信號處理劃分為轉換、計算和傳送三個子模塊，并且分別進行功能介紹。第三章著重介紹視頻轉換和視頻計算兩大模塊，對相應的接口配置和模塊主要代碼實現(xiàn)作了深入分析。第四章將論述視頻處理中的重要課題：數(shù)字圖像的壓縮技術，并對相應的重要模塊和關鍵步驟作實際建模分析。第五章將探討視頻傳送的相關技術，介紹傳統(tǒng)的Camera-Link標準和最新的千兆以太網(wǎng)傳送標準，對可行性應用進行了比較。
標簽： FPGA 安全監(jiān)控 數(shù)字
上傳時間： 2013-04-24
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在諸多行業(yè)的材料及材料制成品中，表面缺陷是影響產(chǎn)品質量的重要因素之一。研究具有顯微圖像實時記錄、處理和顯示功能的材料表面缺陷檢測技術，對材料的分選和材料質量的檢查及評價具有重要的意義。 本文以聚合物薄膜材料為被測對象，研究了適用于材料表面缺陷檢測的基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的缺陷數(shù)據(jù)實時處理技術，可實時提供缺陷顯微圖像信息，完成了對現(xiàn)有材料缺陷檢測裝置的數(shù)字化改造與性能擴展。本文利用FPGA并行結構、運算速度快的特點實現(xiàn)了材料缺陷的實時檢測。搭建了以FPGA為核心的缺陷數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件電路；重點針對聚合物薄膜材料缺陷信號的數(shù)據(jù)特征，設計了基于FPGA的缺陷圖像預處理方案：首先對通過CCD獲得的聚合物薄膜材料的缺陷信號進行處理，利用動態(tài)閾值定位缺陷區(qū)域，將高于閾值的數(shù)據(jù)即圖像背景信息舍棄，保留低于閾值的數(shù)據(jù)，即完整保留缺陷顯微圖像的有用信息；然后按照預先設計的封裝格式封裝缺陷數(shù)據(jù)；最后通過USB2.0接口將封裝數(shù)據(jù)傳輸至上位機進行缺陷顯微圖像重建。此方案大大減少了上傳數(shù)據(jù)量，緩解了上位機的壓力，提高了整個缺陷檢測裝置的檢測速度。本文對標準模板和聚合物薄膜材料進行了實驗驗證。實驗結果表明，應用了基于FPGA的缺陷數(shù)據(jù)實時處理技術的CCD掃描缺陷檢測裝置可對70μm～1000μm范圍內的缺陷進行有效檢測，實時重建的缺陷顯微圖像與實際缺陷在形狀和灰度上都有很好的一致性。
標簽： CCD 缺陷檢測 實時數(shù)據(jù) 處理技術
上傳時間： 2013-05-19
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隨著數(shù)字電子技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理廣泛應用于聲納、雷達、通訊語音處理和圖像處理等領域。快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中起著很重要的作用，F(xiàn)FT 有效地提高了離散傅立葉變換(Discret Fourier Transform，DFT)的運算效率。 處理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和實時處理的性能，而現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)是近年來迅速發(fā)展起來的新型可編程器件，在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)方面，有極大的優(yōu)勢。論文采用了在FPGA中實現(xiàn)FFT算法的方案。 數(shù)字信號處理板的硬件電路設計是本論文的重要部分之一。在介紹了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基礎上，根據(jù)實時處理的要求，給出了數(shù)字信號處理板的硬件設計方案并對硬件電路的實現(xiàn)進行了分析和說明。 依據(jù)數(shù)字系統(tǒng)的設計方法，分別采用基二按時間抽取FFT算法、基四按時間抽取FFT算法以及FFT兆核函數(shù)三種方法利用硬件描述語言(VHSICHardware Description Language，VHDL)實現(xiàn)了1024點的FFT，接著對三種方法進行了評估，得出了FPGA完全能滿足處理器的實時處理的要求的結論。然后根據(jù)通用串行總線(Universial Serial Bus，USB)協(xié)議，利用VHDL語言編寫了USB接口芯片ISP1581的固件程序，實現(xiàn)了設備的枚舉過程。
上傳時間： 2013-08-01
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