I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司開發(fā)的用于芯片之間連接的串行總線，以其嚴(yán)格的規(guī)范、卓越的性能、簡便的操作和眾多帶I2C接口的外圍器件而得到廣泛的應(yīng)用并受到普遍的歡迎。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要討論了如何利用Verilog/FPGA來實現(xiàn)一個隨機讀/寫的I2C接口電路，實現(xiàn)與外圍I2C接口器件E2PROM進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)讀、寫等功能，傳輸速率實現(xiàn)為100KBps。在Modelsim6.0仿真軟件環(huán)境中進行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li開發(fā)平臺上進行了下載，搭建外圍電路，用Agilem邏輯分析儀進行數(shù)據(jù)采集，分析測試結(jié)果。 首先，介紹了微電子設(shè)計的發(fā)展概況以及設(shè)計流程，重點介紹了HDL/FPGA的設(shè)計流程。其次，對I2C串行總線進行了介紹，重點說明了總線上的數(shù)據(jù)傳輸格式并對所使用的AT24C02 E2PROM存儲器的讀／寫時序作了介紹。第三，基于Verilog _HDL設(shè)計了隨機讀/寫的I2C接口電路、測試模塊和顯示電路；接口電路由同步有限狀態(tài)機(FSM)來實現(xiàn)；測試模塊首先將數(shù)據(jù)寫入到AT24C02的指定地址，接著將寫入的數(shù)據(jù)讀出，并將兩個數(shù)據(jù)顯示在外圍LED數(shù)碼管和發(fā)光二極管上，從而直觀地比較寫入和輸出的數(shù)據(jù)的正確性。FPGA下載芯片為Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent邏輯分析儀進行傳輸數(shù)據(jù)的采集，分析數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序，從而驗證電路設(shè)計的正確性。最后，論文對所取得的研究成果進行了總結(jié)，并展望了下一步的工作。
上傳時間： 2013-06-27
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術(shù)的發(fā)展,人們獲得了越來越高的視聽享受。從傳統(tǒng)的模擬電視,到標(biāo)清、高清、全高清。與顯示技術(shù)發(fā)展結(jié)伴而行的是顯示接口技術(shù)的發(fā)展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數(shù)字顯示的DVI接口,技術(shù)上經(jīng)歷了一個從模擬到數(shù)字,從并行到串行,從低速到高速的發(fā)展過程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規(guī)范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長和支持正版保護等功能,符合當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展潮流,一經(jīng)推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口之一,并獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。 從上世紀(jì)80年代XILINX發(fā)明第一款FPGA芯片以來,FPGA就以其體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活,運算速度快,編程方便等優(yōu)點廣泛應(yīng)用與IC設(shè)計、系統(tǒng)控制、視頻處理、通信系統(tǒng)、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個HDMI的接收顯示平臺。針對HDMI帶寬寬,數(shù)據(jù)量大的特點,使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號的輸入和輸出緩沖。在硬件板級設(shè)計上,針對HDMI和DDR2的相關(guān)高速電路,采用了一系列的高速電路設(shè)計方法,有效的避免了信號的反射,串?dāng)_等不良現(xiàn)象。同時在對HDMI規(guī)范和DDR2 SDRAM時序規(guī)范的深入研究的基礎(chǔ)上,在ALTERA的開發(fā)平臺QUARTUSII上編寫了系統(tǒng)的頂層模塊和相關(guān)各功能子模塊,并仿真通過。 論文的主要工作和創(chuàng)新點表現(xiàn)在以下幾個方面： 1、論文研究了最新的HDMI接口規(guī)范和新型存儲器件DDR2的時序規(guī)范。 2、論文搭建的整個系統(tǒng)相當(dāng)龐大,涉及到相關(guān)的規(guī)范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費了作者大量的時間和精力。 3、論文首次使用FPGA來處理HDMI信號且直接驅(qū)動顯示器件,區(qū)別于-般的ASIC方案。 4、論文對高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門措施,具有一定的借鑒價值。
標(biāo)簽： FPGA HDMI 顯示系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-28
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同步技術(shù)在許多通訊系統(tǒng)中都是至關(guān)重要的，而WCDMA作為第三代移動通信的標(biāo)準(zhǔn)之一，對其同步算法進行研究是非常必要的。FPGA在許多硬件實現(xiàn)中充當(dāng)了很重要的角色，所以研究如何在FPGA上實現(xiàn)同步算法是非常具有實際意義的。 本文討論了三步小區(qū)搜索的算法，仿真了其性能，并且對如何進行算法的FPGA移植展開了深入的討論。 本文對三步小區(qū)搜索的算法按照算法計算量和運算速度的標(biāo)準(zhǔn)分別進行了比較和討論，并以節(jié)省資源和運行穩(wěn)定為前提進行了FPGA移植。最終在主同步中提出了改進型的PSC匹配濾波器算法，在FPGA上提出了采用指針型雙口RAM的實現(xiàn)方式；在輔同步中提出了改進型PFHT算法并采用查表遍歷算法判決，在FPGA上提出了用綜合型邏輯方式來實現(xiàn)；在導(dǎo)頻同步中采用了移位寄存器式擾碼生成算法，并引入了計分制判決算法。 與以往的WCDMA同步的FPGA實現(xiàn)相比，本文提出的實現(xiàn)方案巧妙地利用了FPGA的并行運算結(jié)構(gòu)，在XILINX的V4芯片上只用了500個slice就完成了整個小區(qū)搜索，最大限度地節(jié)省了資源，為小區(qū)搜索在FPGA中的模塊小型化提供了途徑。
上傳時間： 2013-08-05
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本文介紹了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列FPGA器件的電子密碼鎖的設(shè)計方法。重點闡述了紅外遙控電子密碼鎖的整體架構(gòu)設(shè)計；介紹了一種由PT2248作為發(fā)送器，MIM-R1AA 38KHZ紅外一體化接收解調(diào)器作為接收器的紅外遙控系統(tǒng)的構(gòu)建方法；詳細(xì)說明了如何運用EDA技術(shù)自頂向下的設(shè)計方法，來實現(xiàn)基于XILINX公司出品的Spartan-3E系列FPGA芯片的紅外遙控解碼、密碼鎖的解鎖、密碼修改、報警提示及液晶顯示等功能。在分析紅外遙控電子密碼鎖各功能模塊時，本論文詳細(xì)闡述了各模塊的功能及外部接口信號，給出了各模塊的仿真波形以及整個系統(tǒng)的測試流程和測試結(jié)果。本論文在介紹Spartan-3E系列FPGA芯片的特點和性能的同時，利用Spartan-3E系列的XC3S500芯片中的KCPSM3和自行設(shè)計完成的狀態(tài)機控制器分別實現(xiàn)液晶顯示控制器，通過比較分析得知KCPSM3實現(xiàn)的控制器，在對FPGA的資源利用方面更加合理，實現(xiàn)更加便捷。 本論文利用紅外遙控技術(shù)解鎖，大大提高了電子密碼鎖的安全性能；采用FPGA開發(fā)設(shè)計，所有算法完全由硬件電路來實現(xiàn)，使得系統(tǒng)的工作可靠性大為提高，同時由于FPGA具有在系統(tǒng)可編程功能，當(dāng)設(shè)計需要更改時，只需更改FPGA中的控制和接口電路，利用EDA工具將更新后的設(shè)計下載到FPGA中即可，無需更改外部電路的設(shè)計，大大提高了設(shè)計的效率。因此，采用FPGA開發(fā)的數(shù)字系統(tǒng)，不僅具有很高的工作可靠性，其升級與改進也極其方便。
上傳時間： 2013-06-25
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視頻監(jiān)控一直是人們關(guān)注的應(yīng)用技術(shù)熱點之一，它以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對多路視頻信號進行實時監(jiān)控，如果每一路視頻信號都占用一個監(jiān)視器屏幕，則會大大增加系統(tǒng)成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監(jiān)視器顯示，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。 傳統(tǒng)的基于分立數(shù)字邏輯電路甚至DSP芯片設(shè)計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術(shù)的視頻圖像畫面分割器的設(shè)計與實現(xiàn)。 本文對視頻圖像畫面分割技術(shù)進行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數(shù)據(jù)格式的畫面分割方法設(shè)計；系統(tǒng)采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設(shè)計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數(shù)字電路集成在一起，電路結(jié)構(gòu)簡潔，具有較好的穩(wěn)定性和靈活性；在硬件電路平臺基礎(chǔ)上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數(shù)據(jù)提取模塊，圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設(shè)計，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經(jīng)視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據(jù)畫面分割需要進行視頻圖像數(shù)據(jù)抽取，并將抽取的視頻圖像數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則存儲到圖像存儲器。最后，按照數(shù)字視頻圖像的數(shù)據(jù)格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實現(xiàn)了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設(shè)計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現(xiàn)多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進行動態(tài)配置等方法，實現(xiàn)四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成，提高了系統(tǒng)集成度，并可根據(jù)系統(tǒng)需要修改設(shè)計和進一步擴展功能，同時提高了系統(tǒng)的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著計算機科學(xué)在人機交互領(lǐng)域的極大發(fā)展，作為人臉信息處理中的一項關(guān)鍵技術(shù)，人臉檢測現(xiàn)在已經(jīng)成為模式識別，計算機視覺和人機交互領(lǐng)域不可缺少的一部分。但是，人臉檢測算法存在計算量大、速度慢等缺點。軟件實現(xiàn)方式無法達到實時處理要求，而現(xiàn)有的硬件實現(xiàn)需要占用大量硬件資源。 本文針對現(xiàn)有人臉檢測硬件實現(xiàn)的缺點，通過對Adaboost算法和現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的分析，提出了雙流水線硬件檢測架構(gòu)：掃描窗口流水線、特征向量流水線。并在Vertex-II Pro FPGA平臺驗證成功，達到實時檢測的標(biāo)準(zhǔn)。具體工作和創(chuàng)新點包括如下幾點： 介紹了人臉檢測的原理以及人臉檢測經(jīng)典算法。其中，詳細(xì)介紹了Adaboost算法。 對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)分析。指出現(xiàn)有各架構(gòu)的缺點，即資源占用多，檢測速度慢。針對這兩個問題，本文提出了一個適合嵌入式應(yīng)用的掃描窗口、特征向量雙流水線檢測硬件架構(gòu)，詳細(xì)說明了該架構(gòu)的工作原理，并在該架構(gòu)基礎(chǔ)上，通過加入預(yù)測加載技術(shù)，進一步提高檢測速度。隨后，采用存儲器訪問效率，架構(gòu)內(nèi)部存儲單元大小，檢測時間長短，運算單元數(shù)量四個標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)比較了新架構(gòu)和現(xiàn)有架構(gòu)的差別，顯示出新架構(gòu)的優(yōu)勢。 基于提出的架構(gòu)，給出了Adaboost人臉檢測系統(tǒng)的VLSI實現(xiàn)方案。本文中，采用自頂向下的設(shè)計方法將人臉檢測系統(tǒng)分成若干個子模塊，然后對每個子模塊進行詳細(xì)的設(shè)計和說明，給出了每個子模塊的硬件架構(gòu)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及verilog實現(xiàn)后的仿真波形。 采用Xilinx公司的VII Pro FPGA開發(fā)板完成人臉檢測系統(tǒng)的硬件驗證。FPGA驗證結(jié)果表明對于QCIF分辨率的視頻圖像，人臉檢測系統(tǒng)能夠達到50fps的檢測速度，滿足實時檢測的要求。
上傳時間： 2013-06-15
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人臉識別技術(shù)繼指紋識別、虹膜識別以及聲音識別等生物識別技術(shù)之后，以其獨特的方便、經(jīng)濟及準(zhǔn)確性而越來越受到世人的矚目。作為人臉識別系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)—人臉檢測，隨著研究的深入和應(yīng)用的擴大，在視頻會議、圖像檢索、出入口控制以及智能人機交互等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，發(fā)展速度異常迅猛。 FPGA的制造技術(shù)不斷發(fā)展，它的功能、應(yīng)用和可靠性逐漸增加，在各個行業(yè)也顯現(xiàn)出自身的優(yōu)勢。FPGA允許用戶根據(jù)自己的需要來建立自己的模塊，為用戶的升級和改進留下廣闊的空間。并且速度更高，密度也更大，其設(shè)計方法的靈活性降低了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本，F(xiàn)PGA 設(shè)計成為電子自動化設(shè)計行業(yè)不可缺少的方法。 本文從人臉檢測算法入手，總結(jié)基于FPGA上的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法，使用IBM的Coreconnect掛接自定義模塊技術(shù)。經(jīng)過訓(xùn)練分類器、定點化、以及硬件加速等方法后，能夠使人臉檢測系統(tǒng)在基于Xilinx的Virtex II Pro開發(fā)板上平臺上，達到實時的檢測效果。本文工作和成果可以具體描述如下： 1. 算法分析：對于人臉檢測算法，首先確保的是檢測率的準(zhǔn)確性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一種基于Adaboost算法的人臉檢測方法。算法中較多的是積分圖的特征值計算，這便于進一步的硬件設(shè)計。同時對檢測算法進行耗時分析確定運行速度的瓶頸。 2. 軟硬件功能劃分：這一步考慮市場可以提供的資源狀況，又要考慮系統(tǒng)成本、開發(fā)時間等諸多因素。Xilinx公司提供的Virtex II Pro開發(fā)板，在上面有可以供利用的Power PC處理器、可擴展的存儲器、I/O接口、總線及數(shù)據(jù)通道等，通過分析可以對算法進行細(xì)致的劃分，實現(xiàn)需要加速的模塊。 3. 定點化：在Adaboost算法中，需要進行大量的浮點計算。這里采用的方法是直接對數(shù)據(jù)位進行操作它提取指數(shù)和尾數(shù)，然后對尾數(shù)執(zhí)行移位操作。 4. 改進檢測用的級聯(lián)分類器的訓(xùn)練，提出可以迅速提高分類能力、特征數(shù)量大大減小的一種訓(xùn)練方法。 5. 最后對系統(tǒng)的整體進行了驗證。實驗表明，在視頻輸入輸出接入的同時，人臉檢測能夠達到17fps的檢測速度，并且獲得了很好的檢測率以及較低的誤檢率。
標(biāo)簽： FPGA 人臉檢測 系統(tǒng)設(shè)計
上傳時間： 2013-07-01
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本文研究的視頻處理系統(tǒng)是上海市科委技術(shù)攻關(guān)基金項目“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”的一部分，主要完成計算機視覺系統(tǒng)的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預(yù)處理和顯示等。 視頻圖像采集和預(yù)處理系統(tǒng)以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結(jié)合視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預(yù)處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構(gòu)成計算機視覺系統(tǒng)必不可少的一部分；圖像預(yù)處理則是計算機視覺系統(tǒng)進行高層處理的基礎(chǔ)，優(yōu)秀的預(yù)處理算法能有效改善圖像質(zhì)量，提高系統(tǒng)分析判斷的準(zhǔn)確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預(yù)處理系統(tǒng)整體架構(gòu)的基礎(chǔ)上，圍繞以下四個方面展開了工作： 1.研究并給出了兩種基于FPGA的設(shè)計方案用于實現(xiàn)YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉(zhuǎn)換； 2.針對采集的視頻圖像，根據(jù)VGA顯示的要求，給出了一種實現(xiàn)圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預(yù)處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應(yīng)濾波等，在比較和總結(jié)各算法特點的基礎(chǔ)上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應(yīng)濾波法； 4.根據(jù)算法特點設(shè)計了多種采用FPGA實現(xiàn)的圖像濾波算法，并對硬件算法進行RTL級的功能仿真和驗證，還給出了各種濾波算法的實驗結(jié)果，在此基礎(chǔ)上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預(yù)處理算法的實現(xiàn)充分利用了FPGA的片內(nèi)資源，體現(xiàn)了FPGA在圖像處理方面的特點及優(yōu)勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現(xiàn)，從而簡化了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。視頻采集和預(yù)處理系統(tǒng)在FPGA上的成功實現(xiàn)為“計算機視覺及其芯片化實現(xiàn)”奠定了必要的基礎(chǔ)、提供了一定理論依據(jù)。
上傳時間： 2013-07-26
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本文主要研究了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實現(xiàn)方法。首先，提出了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的硬件實現(xiàn)框圖，包括射頻前端部分和數(shù)字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點介紹了數(shù)字信號處理部分的FPGA實現(xiàn)與驗證過程。 數(shù)字處理部分主要實現(xiàn)寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻，然后對每個信道進行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關(guān)系。整個系統(tǒng)主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點開關(guān)式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區(qū)、256點流水線FFT模塊等。 本設(shè)計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設(shè)計，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統(tǒng)采用全同步設(shè)計，可穩(wěn)定工作于200MHz，其分析帶寬高達65MHz，具有很高的使用價值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能
上傳時間： 2013-07-09
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隨著圖像分辨率的越來越高，軟件實現(xiàn)的圖像處理無法滿足實時性的需求；同時FPGA等可編程器件的快速發(fā)展使得硬件實現(xiàn)圖像處理變得可行。如今基于FPGA的圖像處理研究成為了國內(nèi)外的一個熱門領(lǐng)域。 本文在FPGA平臺上，用Verilog HDL實現(xiàn)了一個研究圖像處理算法的可重復(fù)配置的硬件模塊架構(gòu)，架構(gòu)包括PC機預(yù)處理和通信軟件，控制模塊，計算單元，存儲器模塊和通信適配模塊五個部分。其中的計算模塊負(fù)責(zé)具體算法的實現(xiàn)，根據(jù)不同的圖像處理算法可以獨立實現(xiàn)。架構(gòu)為計算模塊實現(xiàn)了一個可添加、移出接口，不同的算法設(shè)計只要符合該接口就可以方便的加入到模塊架構(gòu)中來進行調(diào)試和運行。 在硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上本文實現(xiàn)了排序濾波，中值濾波，卷積運算及高斯濾波，形態(tài)學(xué)算子運算等經(jīng)典的圖像處理算法。討論了FPGA的圖像處理算法的設(shè)計方法及優(yōu)化策略，通過性能分析，F(xiàn)PGA實現(xiàn)圖像處理在時間上比軟件處理有了很大的提高；通過結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)FPGA的處理結(jié)果達到了軟件處理幾乎同等的效果水平。最后本文在實現(xiàn)較大圖片處理和圖像處理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的討論和改進，提高了算法的可用性，同時為進一步的研究提供了更加便利的平臺。 整個設(shè)計都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真軟件環(huán)境下開發(fā)的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平臺上實現(xiàn)。在軟件仿真過程中利用了ISE8.2自帶仿真工具和ModelSim結(jié)合使用。 本課題為制造FPGA的專用圖像處理芯片做了有益的探索性研究，為實現(xiàn)FPGA為核心處理芯片的實時圖像處理系統(tǒng)有著積極的作用。
上傳時間： 2013-07-29
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