本文研究的視頻處理系統是上海市科委技術攻關基金項目“計算機視覺及其芯片化實現”的一部分，主要完成計算機視覺系統的一些基本工作，即視頻圖像的采集、預處理和顯示等。 視頻圖像采集和預處理系統以Xilinx公司Virtex-ⅡPro系列的FPGA為核心控制器件，結合視頻模數轉換芯片和VGA顯示器，完成視頻圖像的實時采集、預處理和顯示。采集和顯示部分作為同外界交流信息的渠道，是構成計算機視覺系統必不可少的一部分；圖像預處理則是計算機視覺系統進行高層處理的基礎，優秀的預處理算法能有效改善圖像質量，提高系統分析判斷的準確性。 本文在介紹基于FPGA的視頻采集、預處理系統整體架構的基礎上，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的設計方案用于實現YCrCb色度空間到RGB色度空間的轉換； 2.針對采集的視頻圖像，根據VGA顯示的要求，給出了一種實現圖像去隔行的方案； 3.分析了一系列圖像濾波的預處理算法，如均值濾波、中值濾波和自適應濾波等，在比較和總結各算法特點的基礎上，提出了一種新的適用于處理混合噪聲的濾波算法：混合自適應濾波法； 4.根據算法特點設計了多種采用FPGA實現的圖像濾波算法，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果，在此基礎上對各種算法的效果進行直觀的比較。 文中，預處理算法的實現充分利用了FPGA的片內資源，體現了FPGA在圖像處理方面的特點及優勢。同時，視頻采集和顯示的控制模塊也由同一FPGA芯片實現，從而簡化了系統整體結構。視頻采集和預處理系統在FPGA上的成功實現為“計算機視覺及其芯片化實現”奠定了必要的基礎、提供了一定理論依據。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著GPS(Global Positioning System)技術的不斷發展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數量大幅度增加，應用領域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實現精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節約成本，而且便于系統融合，是應用于GPS定位的系統中更有前景的方法。但由于在系統中實現定位濾波算法需要時間，傳統CPU往往不能滿足實時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。 本文在FPGA平臺上，根據“先時序后電路”的設計思想，由同步沒計方法以及自頂向下和自下而上的混合設計方法實現系統的總體設計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結果的坐標變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統，為GPS定位數據的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統的開發奠定了基礎。具體工作如下： 基于FPGA設計了GPS定位數據的正確接收和顯示，以及經緯度到平面坐標的投影變換。根掘GPS輸出信息標準和格式，通過串口接收模塊實現串口數掘的接收和經緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數據格式由ASCⅡ碼轉變為十進制整數型，實現利用移位和加法運算達到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標轉換過程中，利用查找表的方法查找轉化時需要的各個參數值，并將該參數先轉為雙精度浮點小數，再進行坐標轉換。根據高斯轉化公式的規律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達到節省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統狀態方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進行卡爾曼濾波設計，并通過Matlab進行仿真。結果表明，本文設計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎上，實現基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎上，通過IP核、模塊的分時復用和樹狀結構節省資源，實現數據卡爾曼濾波，達到提高數據精度的效果。 設計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達到資源最優。Modelsim仿真驗證了該設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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遺傳算法是一種基于自然選擇原理的優化算法，在很多領域有著廣泛的應用。但是，遺傳算法使用計算機軟件實現時，會隨著問題復雜度和求解精度要求的提高，產生很大的計算延時，這種計算的延時限制了遺傳算法在很多實時性要求較高場合的應用。為了提升運行速度，可以使用FPGA作為硬件平臺，設計數字系統完成遺傳算法。和軟件實現相比，硬件實現盡管在實時性和并行性方面具有很大優勢，但同時會導致系統的靈活性不足、通用性不強。本文針對上述矛盾，使用基于功能的模塊化思想，將基于FPGA的遺傳算法硬件平臺劃分成兩類模塊：系統功能模塊和算子功能模塊。針對不同問題，可以在保持系統功能模塊不變的前提下，選擇不同的遺傳算子功能模塊完成所需要的優化運算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平臺，使用VerilogHDL語言實現了偽隨機數發生模塊、隨機數接口模塊、存儲器接口/控制模塊和系統控制模塊等系統功能模塊，以及基本位交叉算子模塊、PMX交叉算子模塊、基本位變異算子模塊、交換變異算子模塊和逆轉變異算子模塊等遺傳算法功能模塊，構建了系統功能構架和遺傳算子庫。該設計方法不僅使遺傳算法平臺在解決問題時具有更高的靈活性和通用性，而且維持了系統架構的穩定。本文設計了多峰值、不連續、不可導函數的極值問題和16座城市的旅行商問題 (TSP)對遺傳算法硬件平臺進行了測試。根據測試結果，該硬件平臺表現良好，所求取的最優解誤差均在1％以內。相對于軟件實現，該系統在求解一些復雜問題時，速度可以提高2個數量級。最后，本文使用FPGA實現了粗粒度并行遺傳算法模型，并用于 TSP問題的求解。將硬件平臺的運行速度在上述基礎上提高了近1倍，取得了顯著的效果。關鍵詞：遺傳算法，硬件實現，并行設計，FPGA，TSP
上傳時間： 2013-06-15
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FPGA布局算法和軟件位于工藝映射和布線之間，是一個承上啟下的階段，對最終的布通率和時序都有著重要的影響。 本論文的工作之一便是研究旨在提高布通率的布局算法。在研究了國內外裝箱和布局算法的基礎上，本文提出了一種新的結合了裝箱的布局算法框架，并稱之為"低溫交替改善的"布局算法。其基本思想是，在模擬退火的低溫階段交替的優化裝箱和布局。本文給了基于學術界標準布局布線軟件VPR的一個軟件實現，并且提出了低溫的判定條件以及一種新的選擇待交換邏輯單元的方法。采用三種不同的裝箱算法作為布局輸入，基于VPR的低溫交替改善的布局算法實現，在布通率上，比VPR分別提高了21.3％、15.5％、10.7％。而帶來的平均額外時間開銷不到20％。 FPGA布局軟件實現對整個FPGA CAD流程的運行效率，算法的可擴展性也有著不可忽視的影響。現代FPGA有著多樣而復雜的邏輯和布線資源。而學術界的布局軟件'VPR所面向的FPGA卻只能處理十分簡單的FPGA結構，對于宏、總線、多時鐘等實際應用中很重要的部分都沒有考慮。本文提出了"邏輯單元層"的概念，用具有特定幾何結構的邏輯單元層來統一處理多種類型的邏輯資源。針對相對位置約束在現代FPGA布局軟件中的重要地位，我們提出了一種處理相對位置約束的方法。這些討論均已經在面向Xilinx SpartanⅡ芯片布局的原型系統中得到了實現，初步證實了這些方法的可擴展性和實用性。
上傳時間： 2013-06-21
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近幾年來，OFDM技術引起了人們的廣泛注意，根據這項新技術，很多相關協議被提出來。其中WiMax代表空中接口滿足IEEE802.16標準的寬帶無線通信系統，IEEE標準在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協議。該協議規定數據傳輸采用突發模式，調制方式采用OFDM技術，傳輸速率較高且實現方便、成本低廉，已經成為首先推廣應用的商業化標準。本文對IEEE802.16d OFDM系統物理層進行了研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實現了基帶算法。 ⑴探討了OFDM基本原理及其關鍵技術。根據IEEE802.16d OFDM系統的物理層發送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統在有無循環前綴(CP)、多徑數目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計算法計算量都很大，為了找到適合采用FPGA實現的算法，分析了同步誤差和不同信道估計算法對接收信號的影響，并結合計算量的大小提出了一種新的聯合同步算法，以及得出了LS信道估計算法最適合802.16d系統的結論。 ⑵完成了基帶發射機和接收機的FPGA硬件電路實現。為了使系統的時鐘頻率更高，采用了流水線的結構。設計中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結合的辦法，實現了新的聯合同步算法，并且通過簡化結構，避免了信道估計算法中的繁瑣除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc軟件平臺對程序進行設計、綜合和仿真，并將仿真結果和MATLAB軟件計算結果相對比。結果表明，采用16位數據總線可達到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式對基帶系統進行了驗證。通過串口通信從功能上表明該系統確實可行。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科學技術水平的不斷提高，數字集成電路被廣泛應用。通用串行總線USB(Universal Serial Bus)是計算機與外圍設備互連的標準接口之一，是一種點對點的通信接口，可同時支持多個外圍設備。USB2.0規范的通信速率非常高，其峰值可達480Mbit/s，使得它已經成為目前最流行的外設接口標準。FPGA芯片是今后電子產品發展的趨勢，帶有USB接口的FPGA系統將有很好的市場需求和發展前景。 論文主要從研究FPGA的結構、Xilinx公司Spartan3F系列中的XC3S400的引腳功能、了解FPGA開發流程、熟悉USB2.0的通信協議以及驅動的一些基本知識入手，目的是完成帶有USB接口的FPGA的PCB板的制作和FPGA內部程序的編寫以及USB固件的開發。結合了Cypress公司的上位機，開發了基于USB接口的FPGA和PC機通信系統，能夠進行數據傳輸。論文研究了Xilinx的3S400芯片的內部結構和各個引腳的功能，設計了關于Xilinx的3S400最小系統電路圖，在Xilinx的FPGA的開發環境，編寫了FPGA的代碼。由于FPGA內嵌的USB2.0的內核價格昂貴，需要向生產FPGA的芯片廠商購買，因此論文選擇了外接USB芯片，雖然增加了PCB板的面積，但其開發成本較低，且技術成熟，大多數USB通信研究者進行廣泛研究。論文在詳細介紹了USB2.0的通信協議，Cypress公司生產的CY7C68013芯片的結構，以及其固件的開發基礎上，開發了基于FPGA的USB與PC機的通信系統，該通信系統可以和上位機進行點對點的數據傳輸，為大批量的數據通信產品的開發提供了研究和生產的基礎。
上傳時間： 2013-07-26
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本文結合目前國內外航電數據處理系統的發展概況，設計了一款集數據采集、處理、控制及傳輸于一體的航電處理系統。文章首先深入研究了自適應濾波器原理，分析了LMS算法性能，著重從影響算法性能的因素入手，通過分析仿真，改進算法，提升了算法性能，給出仿真結果分析，并設計應用于系統之中；其次介紹了ARINC-429航空總線和RS-422串行總線的信息標準和傳輸格式。在此基礎上，設計了基于FPGA的解決航電系統數據采集、濾波處理、控制傳輸和復雜非線性運算的一體化實現方案。選用XILINX公司的FPGA，實現了航電數據采集、傳輸和控制，集成了ARlNC-429和RS-422兩種通信接口，實現了總線冗余，并實現了數據濾波和相應的算法處理。最后，在實驗室環境下，對每個模塊分別進行了軟硬件測試。
上傳時間： 2013-07-01
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隨著經濟的發展，科學技術的進步，永磁電機的研發和控制技術都有了快速的發展。永磁電機的發展也帶來了永磁電機控制器的發展，電機控制器已經由傳統的模擬元件控制器，逐漸轉向數模混合控制器、全數字控制器。基于現場可編程門陣列(FPGA——Field Programmable Gate Array)的新一代數字電機控制技術得到越來越多的關注。現在的FPGA不僅實現了軟件需求和硬件設計的完美集合，還實現了高速與靈活性的完美結合，使其已超越了ASIC器件的性能和規模。在工業控制領域，FPGA雖然起步較晚，但是發展勢頭迅猛。 本文在介紹了傳統無刷直流電機控制技術的基礎上，分析了采用FPGA實現電機控制的優點。詳細介紹了使用硬件編程語言，在FPGA中編程實現永磁無刷直流電機速度閉環控制的各個關鍵環節，如：PI調節器、數字PWM等等。在實現永磁無刷直流電機速度閉環控制的同時，將速度檢測環節采用FPGA實現，減小了系統硬件開銷。在實現單臺永磁無刷直流電機速度閉環控制的基礎上，本文在一片FPGA芯片上實現了多臺永磁無刷直流電機的速度閉環獨立控制系統。介紹了采用FPGA進行多臺電機控制具有獨特的優勢，這些優勢使得FPGA在實現多臺電機控制時非常方便，具有單片機(MCU)和數字信號處理器(DSP)無法比擬的優點。文中對基于FPGA的單臺和多臺永磁無刷直流電機控制系統分別進行了實驗驗證。 FPGA編程靈活，設計方便，本文在FPGA中實現了各種不同的PWM調制方式。從電路方面詳細分析了采用不同的PWM調制，換相時無刷直流電機母線的反向電流問題。借助FPGA平臺，對各種PWM調制方式進行了實驗，對理論分析進行了驗證。 另外，本文介紹了目前非常流行的一種FPGA圖形化設計方法，即基于XSG(Xilinx System Generator)的FPGA設計。這種設計方法具有圖形化、模塊化的優點，大大方便了用戶的FPGA開發設計。在XSG中建立的仿真系統，區別于傳統的Simulink仿真，可以直接生成相應的硬件編程語言代碼下載到FPGA中運行。本文借助XSG軟件設計在XSG/Simulink中實現了永磁同步電機矢量控制系統的混合建模算法，并進行了仿真。
上傳時間： 2013-04-24
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·CPLD/FPGA是目前誚用最為廣泛的兩種可編程專用集成電路（ASIC），特別適合于產品的樣品開發與小批量生產。 本書從現代電子系統設計的角度出發，以全球著名的可編程邏輯器件供應商Xilinx公司的產品為背景，系統全面地介紹該公司的CPLD/FPGA產品的結構原理、性能特點、設計方法以及相應的EDA工具軟件，重點介紹CPLD/FPGA在數字系統設計、數字通信與數字信號處理等領域中的應用。
上傳時間： 2013-04-24
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利用FPGA的51 ，IP核實現與單片機和ARM的串口通信
上傳時間： 2013-08-05
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