軟件無線電思想的出現帶來了接收機實現方式的革新。隨著近年來軟件無線電理論和應用趨于成熟與完善，軟件無線電技術已經被越來越廣泛地應用于無線通信系統和電子測量測試儀器中。數字下變頻技術作為軟件無線電的核心技術之一，在頻譜分析儀中也得到了越來越普遍的應用。 本人參與的手持式頻譜分析儀項目采用的是中頻數字化實現方式，可滿足輕巧，可重配置和低功耗的需求。數字化中頻的關鍵部件數字下變頻器DDC采用的是Intersil公司的ISL5216，這個器件和高性能FPGA共同組成手持頻譜儀的數字信號處理前端。這個數字前端就手持頻譜分析儀來說存在一定的局限性，ISL5216的信號處理帶寬單通道為1 MHz，4個通道級聯為3MHz，未能滿足譜儀分析帶寬日益增加的需求；系統集成度不高，ISL5216的功能要是集成到FPGA，可進一步提高系統集成度，降低物料成本和系統功耗。基于以上兩個方面的考慮，現正以手持頻譜分析儀項目為依托，基于Xilinx Spartan3A-DSP系列FPGA實現高速高處理帶寬的DDC。 本論文首先描述了數字下變頻基本理論和結構，對完成各級數字信號處理所涉及的數字正交變換、CORDIC算法、CIC、HB、多相濾波等關鍵算法做了適當介紹；然后介紹了當前主流FPGA的數字信號處理特性和其內部的DSP資源。接著詳細描述了數控振蕩器NCO、復數數字混頻器MIXER、5級CIC濾波器、5級HB濾波器和255階可編程FIR的設計和實現，并對各個模塊的不同實現方式作了對比和仿真測試數據作了分析。最后介紹了所設計DDC在手持頻譜分析儀中的主要應用。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息時代的到來，用戶對數據保護和傳輸可靠性的要求也在不斷提高。由于信道衰落，信號經信道傳輸后，到達接收端不可避免地會受到干擾而出現信號失真。因此需要采用差錯控制技術來檢測和糾正由信道失真引起的信息傳輸錯誤。RS（Reed—Solomon）碼是差錯控制領域中一類重要的線性分組碼，由于它編解碼結構相對固定，性能強，不但可以糾正隨機差錯，而且對突發錯誤的糾錯能力也很強，被廣泛應用在數字通信、數據存儲系統中，以滿足對數據傳輸通道可靠性的要求。因此設計一款高性能的RS編解碼器不但具有很大的應用意義，而且具有相當大的經濟價值。 本文首先介紹了線形分組碼及其子碼循環碼、BCH碼的基礎理論知識，重點介紹了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行，接著介紹了有限域的有關理論。基于RS碼傳統的單倍結構，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語言實現。其中編碼器基于傳統的線性反饋移位寄存器除法電路并進行八倍并行擴展，譯碼器關鍵方程求解模塊基于修正的歐幾里德算法設計了一種便于硬件實現的脈動關鍵方程求解結構，其他模塊均采用九倍并行實現。由于進行了超前運算、流水線及并行處理，使編解碼的數據吞吐量大為提高，同時延時更小。 本論文設計了C++仿真平臺，并與HDL代碼結果進行了對比驗證。Verilog HDL代碼經過modelsim仿真驗證，并在ALTERA STRATIX3 EP3SL15OF1152C2 FPGA上進行綜合驗證以及靜態時序分析，綜合軟件為QUATURSⅡ V8．0。驗證及測試表明，本設計在滿足編解碼基本功能的基礎上，能夠實現數據的高吞吐量和低延時傳輸，達到性能指標要求。本論文在基于FPGA的RS（255，223）編解碼器的高速并行實現方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理論及經濟價值。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，大容量數據存儲設備主要是機械硬盤，機械硬盤采用機械馬達和磁片作為載體，存在抗震性能低、高功耗和速度提升難度大等缺點。固態硬盤是以半導體作為存儲介質及控制載體，無機械裝置，具有抗震、寬溫、無噪、可靠和節能等特點，是目前存儲領域所存在問題的解決方案之一。本文針對這一問題，設計基于FPGA的固態硬盤控制器，實現數據的固態存儲。 文章首先介紹硬盤技術的發展，分析固態硬盤的技術現狀和發展趨勢，闡述課題研究意義，并概述了本文研究的主要內容及所做的工作。然后從分析固態硬盤控制器的關鍵技術入手，研究了SATA接口協議和NANDFLASH芯片特性。整體設計采用SOPC架構，所有功能由單片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式處理器軟核作為主控制器，利用Verilog HDL語言描述IP核形式設計SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作為高速串行傳輸接口，實現SATA1.0協議，根據協議劃分四層模型，通過狀態機和邏輯電路實現協議功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片陣列，將NAND FLASH接口轉換成通用的SRAM接口，提高訪問效率。控制器完成NAND FLASH存儲管理和糾錯算法，實現數據的存儲和讀取。最后完成固態硬盤控制器的模塊測試和整體測試，介紹了測試方法、測試工具和測試流程，給出測試數據和結果分析，得出了驗證結論。 本文設計的固態硬盤控制器，具有結構簡單和穩定性高的特點，易于升級和二次開發，是實現固態硬盤和固態存儲系統的關鍵技術。
上傳時間： 2013-05-28
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FPGA作為新一代集成電路的出現，引起了數字電路設計的巨大變革。隨著FPGA工藝的不斷更新與改善，越來越多的用戶與設計公司開始使用FPGA進行系統開發，因此，PFAG的市場需求也越來越高，從而使得FPGA的集成電路板的工藝發展也越來越先進，在如此良性循環下，不久的將來，FPGA可以主領集成電路設計領域。正是由于FPGA有著如此巨大的發展前景與市場吸引力，因此，本文采用FPGA作為電路設計的首選。 @@ 隨著FPGA的開發技術日趨簡單化、軟件化，從面向硬件語言的VHDL、VerilogHDL設計語言，到現在面向對象的System Verilog、SystemC設計語言，硬件設計語言開始向高級語言發展。作為一個軟件設計人員，會很容易接受面向對象的語言。現在軟件的設計中，算法處理的瓶頸就是速度的問題，如果采用專用的硬件電路，可以解決這個問題，本文在第一章第二節詳細介紹了軟硬結合的開發優勢。另外，在第一章中還介紹了知識產權核心（IP Core）的發展與前景，特別是IP Core中軟核的設計與開發，許多FGPA的開發公司開始爭奪軟核的開發市場。 @@ 數字電路設計中最長遇到的就是通信的問題，而每一種通信方式都有自己的協議規范。在CPU的設計中，由于需要高速的處理速度，因此其內部都是用并行總線進行通信，但是由于集成電路資源的問題，不可能所有的外部設備都要用并行總線進行通信，因此其外部通信就需要進行串行傳輸。又因為需要連接的外部設備的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介紹了小型CPU中常用的三種通信協議，那就是SPI、I2C、UART。除了分別論述了各自的通信原理外，本文還特別介紹了一個小型CPU的內部構造，以及這三個通信協議在CPU中所處的位置。 @@ 在硬件的設計開發中，由于集成電路本身的特殊性，其開發流程也相對的復雜。本文由于篇幅的問題，只對總的開發流程作了簡要的介紹，并且將其中最復雜但是又很重要的靜態時序分析進行了詳細的論述。在通信協議的開發中，需要注意接口的設計、時序的分析、驗證環境的搭建等，因此，本文以SPI數據通信協議的設計作為一個開發范例，從協議功能的研究到最后的驗證測試，將FPGA 的開發流程與關鍵技術等以實例的方式進行了詳細的論述。在SPI通信協議的開發中，不僅對協議進行了詳細的功能分析，而且對架構中的每個模塊的設計都進行了詳細的論述。@@關鍵詞：FPGA；SPI；I2C；UART；靜態時序分析；驗證環境
上傳時間： 2013-04-24
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移動無線信道特性對移動通信系統性能具有重要影響，移動信道建模和仿真對移動通信系統的研發具有重要意義。因此，對移動信道建模與仿真進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。 本文從無線電波的傳播特點出發，分析了無線電波的傳播模型和描述信道特性的主要參數，重點分析了移動小尺度衰落模型；結合無線電波傳輸環境的特點，研究了平坦衰落信道和頻率選擇性信道的特點，設計了基于FPGA的移動無線信道仿真器，同時給予了軟硬件驗證。 本文從衰落的數學模型角度研究了信道傳輸特性，以及各項參數對信道特性的影響。主要做了以下幾個方面的工作： 1.簡要介紹了無線電通信的發展史及信道建模與仿真的意義；論述了信道對無線信號主要的三類影響：自由空間的路徑損失、陰影衰落、多徑衰落；分析了無線通信傳播環境，移動無線通信信道仿真的基本模型，同時介紹了用正弦波疊加法和成型濾波器法建立信道確定型仿真模型的具體實現方法。 2.對移動無線信道特性進行了Matlab仿真，對仿真結果進行了對比分析，對影響信道特性的主要參數設置進行了分析仿真。 3.設計了一種基于FPGA的移動無線信道仿真器，并對實現該仿真器的關鍵技術和實現方法進行了分析。該信道仿真器能夠實時模擬窄帶信號條件下無線信道的主要特點，如多徑時延、多普勒頻移、瑞利衰落等，其主要的技術指標達到了設計要求。該模擬器結構簡單，參數可調，易于擴展，通用性強，可以部分或全部集成到處于研制階段的接收機中，以便于性能測試，也可應用于教學實踐。
上傳時間： 2013-04-24
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工業生產過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數學模型。應用常規的PID控制器難以達到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經網絡具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經元具有很強的信息綜合、學習記憶、自學習和自適應能力，可以處理那些難以用模型和規則描述的過程，將神經元與PID結合，應用到實際的控制中，可以在線調整PID的參數，使系統具有較強的抗干擾能力、自適應能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經網絡的研究主要是神經網絡的理論研究、神經網絡的應用研究和神經網絡的實現技術研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關系。本文主要側重的是神經網絡的實現技術研究方面，創新性地利用FPGA嵌入式系統開發技術實現單神經元PID智能控制器的研究與設計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統使用。 首先，對單神經元PID智能控制器的設計原理和設計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設計單神經元PID智能控制器，針對特定的被控對象，對其進行仿真實驗，獲得比較理想的系統輸出；然后，研究基于FPGA的單神經元智能控制算法的實現，對控制器進行VHDL語言分層設計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結果表明，基于FPGA的單神經元智能控制器比MATLAB設計的單神經元PID智能控制器性能優良。 本文的設計模塊主要包括權值修改模塊、誤差計算模塊、權值產生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設計中進行了優化處理，使本文的設計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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便攜式B型超聲診斷儀具有無創傷、簡便易行、相對價廉等優勢，在臨床中越來越得到廣泛的應用。它將超聲波技術、微電子技術、計算機技術、機械設計與制造及生物醫學工程等技術融合在一起。開展該課題的研究對提高臨床診斷能力和促進我國醫療事業的發展具有重要的意義。 便攜式B型超聲診斷儀由人機交互系統、探頭、成像系統、顯示系統構成。其基本工作過程是：首先人機交互系統接收到用戶通過鍵盤或鼠標發出的命令，然后成像系統根據命令控制探頭發射超聲波，并對回波信號處理、合成圖像，最后通過顯示系統完成圖像的顯示。 成像系統作為便攜式B型超聲診斷儀的核心對圖像質量有決定性影響，但以前研制的便攜式B型超聲診斷儀的成像系統在三個方面存在不足：第一、采用的是單片機控制步進電機，控制精度不高，導致成像系統采樣不精確；第二、采用的數字掃描變換算法太粗糙，影響超聲圖像的分辨率；第三、它的CPU多采用的是51系列單片機，測量速度太慢，同時也不便于系統升級和擴展。 針對以上不足，提出了基于FPGA的B型超聲成像系統解決方案，采用Altera公司的EP2C5Q208C8芯片實現了步進電機步距角的細分，使電機旋轉更勻速，提高了采樣精度；提出并采用DSTI-ULA算法（Uniform Ladder Algorithm based on Double Sample and Trilinear Interotation）在FPGA內實現數字掃描變換，提高了圖像分辨率；人機交互系統采用S3C2410-AL作為CPU，改善了測量速度和系統的擴展性。 通過對系統硬件電路的設計、制作，軟件的編寫、調試，結果表明，本文所設計的便攜式B型超聲成像系統圖像分辨率高、測量速度快、體積小、操作方便。本文所設計的便攜式B型超聲診斷儀可在野外作業和搶險（諸如地震、抗洪）中發揮作用，同時也可在鄉村診所中完成對相關疾病的診斷工作。
上傳時間： 2013-05-18
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現代數字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數目，或采用客戶定制的門陣列產品。隨著可編程邏輯器件技術的發展，具有強大并行處理能力的現場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數字濾波、相關運算等數字信號處理算法的高效實現。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內資源的限制，設計了級聯和并行遞歸兩種結構的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術和并行處理技術提高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化和改進措施。 其次，分析了具有相同結構的數字濾波和相關運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結構實現乘累加(MAC)運算。無乘法器結構采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉化為FPGA易于實現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上實現了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設計要求。
上傳時間： 2013-06-09
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本文提出了一種基于FPGA的硬件防火墻的實現方案，采用了FPGA來實現千兆線速的防火墻。傳統的基于X86等通用CPU的防火墻無法支撐快速增長的網絡速度，無法實現線速過濾和轉發。本文在采用FPGA可編程器件+通用CPU模式下，快速處理網絡數據。網絡數據在建立連接跟蹤后，直接由FPGA實現的快速處理板直接轉發，實現了網絡數據的線速處理，通用CPU在操作系統支持下，完成網絡數據的連接跟蹤的創建、維護，對網絡規則表的維護等工作。FPGA硬件板和CPU各司所長，實現快速轉發的目的。 本文設計了基于FPGA的硬件板的硬件規格，提出了硬件連接跟蹤表的存儲模式，以及規則表的存儲模式和定義等； 防火墻系統軟件采用NetBSD操作系統，完成了硬件板的NetBSD的驅動；在軟件系統完成了新建連接的建立、下發、老化等工作；在連接跟蹤上完成了規則的建立、刪除、修改等工作。 本文完成了防火墻的實現。實現了基于連接跟蹤的包過濾、地址轉換（NAT），設計了連接跟蹤的關鍵數據結構，包過濾的關鍵數據結構等，重用了NetBSD操作系統的路由。本文針對地址轉換應用程序的穿透問題，新增了部分實現。 在DoS攻擊是一種比較常見的攻擊網絡手段，本文采用了軟硬件結合的方法，不僅在軟件部分做了完善，也在硬件部分采取了相應的措施，測試數據表明，對常見的Syn洪水攻擊效果明顯。 在實踐過程中，我們發現了NetBSD操作系統內核的軟件缺陷，做了修正，使之更完善。 經過測試分析，本方案不僅明顯的優于X86方案，和基于NP方案、基于ASIC方案比較，具有靈活、可配置、易升級的優點。
上傳時間： 2013-06-21
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人臉自動識別技術是模式識別、圖像處理等學科的一個最熱門研究課題之一。隨著社會的發展,各方面對快速有效的自動身份驗證的要求日益迫切，而人臉識別技術作為各種生物識別技術中最重要的方法之一，已經越來越多的受到重視。對于具有實時，快捷，低誤識率的高性能算法以及對算法硬件加速的研究也逐漸展開。 本文詳細分析了智能人臉識別算法原理，發展概況和前景，包括人臉檢測算法，人眼定位算法，預處理算法，PCA和ICA 算法，詳細分析了項目情況，系統劃分，軟硬件平臺的資源和使用。并在ISE軟件平臺上，用硬件描述語言(verilog HDL)對算法部分嚴格按照FPGA代碼風格進行了RTL 硬件建模，并對C++算法進行了優化處理，通過仿真與軟件算法結果進行比對，評估誤差，最后在VirtexII Pro FPGA 上進行了綜合實現。 主要研究內容如下： 首先，對硬件平臺xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系統資源進行了描述和研究，對存儲器sdram,RS-232 串口，JTAG 進行了研究和調試，對Coreconnect的OPB總線仲裁機理進行了兩種算法的比較，RTL 設計，仿真和綜合。利用ISE和VC++軟件平臺，對verilog和C++算法進行同步比較測試，使每步算法對應正確的結果。對軟硬件平臺的合理使用使得在項目中能盡可能多的充分利用硬件資源，制板時正確選型，以及加快設計和調試進度。其次，對人臉識別算法流程中的人臉檢測，人眼定位，預處理，識別算法分別進行了比較研究，選取其中各自性能最好的一種算法對其原理進行了分析討論。人臉檢測采用adaboost 算法，因其速度和精度的綜合性能表現優異。人眼定位采用小塊合并算法，因為它具有快速，準確，弱時實的特點。預處理算法采用直方圖均衡加平滑的算法，簡單，高效。 識別算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿態和光照對人臉識別的影響。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述語言進行算法的RTL 建模，在C++算法的基礎上，保證原來效果的前提下，根據FPGA 硬件特點對算法進行了優化。視頻輸入輸出是人臉識別的前提，它提供FPGA 上算法需要處理的數據，預處理算法在C++算法的基礎上進行了優化，最大的減少了運算量，提高了運算速度，16 位計算器模塊使得在算法實現時可以根據系統要求，在FPGA的ip 核和自己設計的模塊之間選擇性能更好的一個來調用，FIFO的設計提供同步和異步時鐘域的數據緩存。設計在ISE和VC++軟件平臺同時進行，隨時對verilog和C++數據進行監測和比對。全部設計模塊通過仿真，達到預定的性能要求，并在FPGA 上綜合實現。
上傳時間： 2013-07-13
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