隨著微電子技術的發(fā)展，可編程邏輯器件取得了迅速的發(fā)展，其功能日益強大，F(xiàn)PGA內部可用邏輯資源飛速增長，近來推出的FPGA都針對數(shù)字信號處理的特點做了特定設計，集成了存儲器、鎖相環(huán)（PLL）、硬件乘法器、DSP模塊等，通過使用各個公司提供的FPGA開發(fā)軟件使用硬件描述語言，可以實現(xiàn)特定的信號處理算法，如FFT、FIR等算法，為電子設計工程師提供了新的選擇。實時圖像處理系統(tǒng)采用FPGA+DSP的結構來完成整個復雜的圖像處理算法。將圖像處理算法進行分類，F(xiàn)PGA和DSP份協(xié)作發(fā)揮各自的長處，對于算法實現(xiàn)簡單、運算量大、實時性高的這類處理過程由大容量高性能的FPGA實現(xiàn)，DSP則用來處理經(jīng)過預處理后的圖像數(shù)據(jù)，來運行算法結構復雜，乘加運算多的算法。整個系統(tǒng)主要包括FPGA處理單元、DSP處理單元以及PCI接口通訊三個部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及應用，完成了Stratix芯片的選型。設計了數(shù)字圖像處理板的電路原理圖和PCB設計圖。并對電路板進行調試，工作正常。（2）完成了FPGA程序下載電纜的PCB電路設計，并調試成功，應用到FPGA的調試下載配置中，取得了良好的實驗與經(jīng)濟效果。（3）充分利用FPGA的設計開發(fā)軟件與工具，完成了中值濾波、形態(tài)學濾波和自適應閾值的FPGA實現(xiàn)，并給出了詳細的實現(xiàn)過程。將算法下載到FPGA芯片，經(jīng)過試驗調試，達到要求。（4）研究了PCI接口通訊的實現(xiàn)方式，選用PCI9054芯片實現(xiàn)通訊，完成PCI接口電路設計，經(jīng)過調試，實現(xiàn)了中斷、DMA等方式，滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆＃?）學習了C6701DSP芯片的工作特性以及內部功能結構，完成了DSP外圍存儲器的擴展、時鐘信號發(fā)生以及電源模塊等外圍電路的設計。
上傳時間： 2013-07-22
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該論文介紹二次雷達的基本概念、發(fā)展歷史、工作流程和運作機理以及單脈沖二次雷達的系統(tǒng)原理,并且對傳統(tǒng)的單脈沖二次雷達應答信號處理器的硬件結構進行改進,提出一種全新的應答處理器硬件結構,即FPGA+DSP的混合結構.這種硬件結構的特點是結構靈活,有較強的通用性.該論文圍繞FPGA+DSP這種數(shù)字信號處理的硬件結構,闡述了它在單脈沖二次雷達應答數(shù)字信號處理器中的應用,使用VHDL語言設計FPGA程序,并且給出主要模塊的仿真結果.FPGA主要完成距離計數(shù)、方位計數(shù)、脈沖分解、產生應答數(shù)據(jù)送給DSP、與PC104交換報表等功能.長時間的成功試驗表明,基于FPGA和DSP技術的二次雷達應答信號處理器在3毫秒內可以同時處理四個重疊應答,計算所接收的每一個脈沖的到達方向,得到真實脈沖并且給出脈沖置信度.系統(tǒng)達到了預期的目的.該課題的另外一個重要意義是對傳統(tǒng)的二次監(jiān)視雷達應答信號處理器進行了改進,使單脈沖二次雷達系統(tǒng)的應答處理能力在可靠性、穩(wěn)定性和系統(tǒng)精度三個方面有質的飛躍.
上傳時間： 2013-04-24
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IEEE802旗下的無線網(wǎng)絡協(xié)議引領了無線網(wǎng)絡領域的新革命，其不斷提升的速度優(yōu)勢滿足了人們對于高速無線接入的迫切要求，在這其中，OFDM技術所起的作用不可小覷。隨著FPGA、信號處理和通信技術的發(fā)展，OFDM的應用得到了長足的進步。在此情況下，以OFDM技術為核心實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑蜋C系統(tǒng)顯得應情應景而且必要。 本課題在深入理解OFDM技術的同時，結合相應的EDA工具對系統(tǒng)進行建模并基于IEEE802.11a物理層標準給出了一種OFDM基帶傳輸?shù)南到y(tǒng)實現(xiàn)方案。整個設計采用目前主流的自頂向下的設計方法，由總體設計至詳細設計逐步細化。 在系統(tǒng)功能模塊的FPGA實現(xiàn)過程中，針對XilinxVirtex-Ⅱ芯片對各個模塊進行了詳細設計，通過采用雙端口RAM、流水、乒乓結構等處理實現(xiàn)高速的同步的信道編碼的功能模塊；通過比較符號定時的不同算法，給出了基于MultiplierlessCorrelator的實現(xiàn)結構并給出了仿真波形圖，驗證了采用該算法后符號定時模塊的資源耗費大大降低而功能卻依然和基于乘法器的符號定時模塊相當；通過對Viterbi算法進行簡化，給出了(2，1，6)卷積碼的4比特軟判決Viterbi解碼器的設計和實現(xiàn)。最后根據(jù)系統(tǒng)所選芯片XC2V3000給出了具有較高配置靈活性的基于SystemACE配置方案的FPGA的硬件原理圖設計和PCB設計。 本文首先以無線局域網(wǎng)和IEEE802無線網(wǎng)絡家族引出OFDM技術發(fā)展、研究價值及OFDM的優(yōu)缺點，接下來從OFDM原理入手，簡要說明了OFDM的基本要素以及目前的研究熱點，之后在介紹完IEEE802.11a物理層標準的同時給出了本原型機系統(tǒng)的總體設計方案，并從硬件語言設計和FPGA硬件原理設計兩方面給出了該系統(tǒng)的詳細設計。 隨著OFDM技術的普及以及未來通信技術對OFDM的青睞，相信本論文的工作對OFDM基帶傳輸系統(tǒng)的原型設計和實現(xiàn)具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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加密算法一直在信息安全領域起著無可替代的作用,它直接影響著國家的未來和發(fā)展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計算技術的不斷進步,原有的數(shù)據(jù)加密標準(DES)算法及其變形的安全強度已經(jīng)難以適應新的安全需要,其實現(xiàn)速度、代碼大小和跨平臺性均難以繼續(xù)滿足新的應用需求.在未來的20年內,高級加密標準(AES)將替代DES成為新的數(shù)據(jù)加密標準.高級加密標準算法是采用對稱密鑰密碼實現(xiàn)的分組密碼,支持128比特分組長度及128比特、192比特與256比特可變密鑰長度.無論在反饋模式還是在非反饋模式中使用AES算法,其軟件和硬件對計算環(huán)境的適應性強,性能穩(wěn)定,密鑰建立時間優(yōu)良,密鑰靈活性強.存儲需求量低,即使在空間有限的環(huán)境使用也具備良好的性能.在分析高級加密標準算法原理的基礎上,描述了圈變換及密鑰擴展的詳細編制原理,用硬件描述語言(VHDL)描述了該算法的整體結構和算法流程.詳細論述了分組密碼的兩種運算模式(反饋模式和非反饋模式)下算法多種體系結構的實現(xiàn)原理,重點論述了基本體系結構、循環(huán)展開結構、內部流水線結構、外部流水線結構、混合流水線結構及資源共享結構等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎上,采用自頂向下設計思想,論述了高級加密標準算法的FPGA設計方法,提出了具體模塊劃分方法并對各個模塊的實現(xiàn)進行了詳細論述.圈變換采用內部流水線結構,多個圈變換采用資源共享結構,密鑰調度與加密運算并行執(zhí)行.占用芯片面積及引腳資源較少,在芯片選型方面具有很好的適應性.
上傳時間： 2013-06-20
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隨著現(xiàn)代雷達技術的不斷發(fā)展,電子偵察設備面臨電磁環(huán)境日益復雜多變,發(fā)展寬帶化、數(shù)字化、多功能、軟件化的電子偵察設備已是一項重要的任務.然而,目前的寬帶A/D與后續(xù)DSP之間的工作速率總有一到兩個數(shù)量級的差別,二者之間的瓶頸成為電子偵察系統(tǒng)數(shù)字化的最大障礙.通信領域軟件無線電的成功應用為電子偵察系統(tǒng)的發(fā)展提供了一種理想模式.另一方面,微電子技術的快速發(fā)展,以及FPGA的廣泛應用,在很大程度上影響了數(shù)字電路的設計與開發(fā).這也為解決高速A/D與DSP處理能力之間的矛盾提供了一種有效的解決方法.為了解決寬帶A/D與后續(xù)DSP之間的瓶頸問題,本文給出了一種基于多相濾波的寬帶數(shù)字下變頻結構,并從軟件無線電原理出發(fā),從理論推導和計算機仿真兩方面對該結構進行了驗證,并進一步給出該結構改進方案以及改進的多相濾波數(shù)字下變頻結構的硬件實現(xiàn)方法.本文將多相濾波下變頻的并行結構應用到數(shù)字下變頻電路中,并在后繼的混頻模塊中也采用并行混頻的方式來實現(xiàn),不僅在一定程度上解決了二者之間的瓶頸問題,同時也大大提高了實時處理速度.經(jīng)過多相濾波下變頻處理后的數(shù)據(jù),在速率和數(shù)據(jù)量上都有大幅減少,達到了現(xiàn)有通用DSP器件處理能力的要求.另外,本人還用FPGA設計了實驗電路,利用微機串口,與實驗目標板進行控制和數(shù)據(jù)交換.利用FPGA的在線編程特性,可以方便靈活的對各種實現(xiàn)方法加以驗證和比較.
上傳時間： 2013-04-24
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隨著安全通信數(shù)據(jù)速率的提高,關鍵數(shù)據(jù)加密算法的軟件實施成為重要的系統(tǒng)瓶頸.基于FPGA的高度優(yōu)化的可編程的硬件安全性解決方案提供了并行處理能力,并且可以達到所要求的加密處理性能(每秒的SSL或RSA運算次數(shù))基準.網(wǎng)絡的迅速發(fā)展,對安全性的需要變得越來越重要.然而,盡管網(wǎng)絡技術進步很快,安全性問題仍然相對落后.由于FPGA所提供的設計優(yōu)勢,特別是新的高速版本,網(wǎng)絡系統(tǒng)設計人員可以在這些網(wǎng)絡設備中經(jīng)濟地實現(xiàn)安全性支持.FPGA是實現(xiàn)設計靈活性和功能升級的關鍵,對于容錯、IPSec協(xié)議和系統(tǒng)接口問題而言這兩點非常重要.而且,FPGA還為網(wǎng)絡系統(tǒng)設計人員提供了適應不同安全處理功能以及隨著安全技術的發(fā)展方便地增加對新技術支持的能力.標準加密/解決以及認證算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被廣泛用于全球網(wǎng)絡安全系統(tǒng)中.本文介紹了基于PCI總線的加密卡的研制,硬件板卡的結構,著重論述了加密卡上加密模塊的實現(xiàn),即用FPGA實現(xiàn)3DES及IDEA、MD5算法的過程,加密卡的工作原理,加密卡中多種密碼算法的配置原理,最后對3DES算法及IDEA、MD5算法的實現(xiàn)進行仿真,并繪制了板卡的原理圖,對PCI接口原理進行了闡述.在論文中,首先闡述了數(shù)據(jù)加密原理.介紹了數(shù)據(jù)加密的算法和數(shù)據(jù)加密的技術發(fā)展趨勢,并重點說明了3DES的算法.由于加密卡的生存空間在于其高速的加密性能與便捷的使用方式,所以,我們的加密卡采用的是基于PCI插槽的結構,遵從的是PCI2.2規(guī)范,理解并掌握PCI總線的規(guī)范是了解整個系統(tǒng)的重要一環(huán),本文講述了PCI總線的特點和性能,以及總線的信號.由于遵從高速性的要求,我們在硬件選型的時候,選用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能強,速度也非?？?但目前價格仍然太高,不適合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能適中,價格低廉,產品成熟等特點,是較好的選擇.FPGA選用的XILINX公司的XC2V3000,在隨后的文章中,我們將會對這些器件特性做相應說明.并由此得出電路原理圖的繪制.文章的重點之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA實現(xiàn),以Xilinx公司VIRTEXII結構的VXC2V3000為例,闡述用FPGA高速實現(xiàn)3DES算法及IDEA、MD5算法的設計要點及關鍵部分的設計.
上傳時間： 2013-04-24
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卷積碼是無線通信系統(tǒng)中廣泛使用的一種信道編碼方式。Viterbi譯碼算法是一種卷積碼的最大似然譯碼算法，它具有譯碼效率高、速度快等特點，被認為是卷積碼的最佳譯碼算法。本文的主要內容是在FPGA上實現(xiàn)約束長度為9，碼率為1/2，采用軟判決方式的Viterbi譯碼器。 本文首先介紹了卷積碼的基本概念，闡述了Viterbi算法的原理，重點討論了決定Viterbi算法復雜度和譯碼性能的關鍵因素，在此基礎上設計了采用“串-并”結合運算方式的Viterbi譯碼器，并在Altera EP1C20 FPGA芯片上測試通過。本文的主要工作如下： 1.對輸入數(shù)據(jù)采用了二比特四電平量化的軟判決方式，對歐氏距離的計算方法進行了簡化，以便于用硬件電路方式實現(xiàn)。 2.對ACS運算單元采用了“串-并”結合的運算方式，和全并行的設計相比，在滿足譯碼速度的同時，節(jié)約了芯片資源。本文中提出了一種路徑度量值存儲器的組織方式，簡化了控制模塊的邏輯電路，優(yōu)化了系統(tǒng)的時序。 3.在幸存路徑的選擇輸出上采用了回溯譯碼方法，與傳統(tǒng)的寄存器交換法相比，減少了寄存器的使用，大大降低了功耗和設計的復雜度。 4.本文中設計了一個仿真平臺，采用Modelsim仿真器對設計進行了功能仿真，結果完全正確。同時提出了一種在被測設計內部插入監(jiān)視器的調試方法，巧妙地利用了Matlab算法仿真程序的輸出結果，提高了追蹤錯誤的效率。 5.該設計在Altera EP1C20 FPGA芯片上通過測試，最大運行時鐘頻率110MHz，最大譯碼輸出速率10.3Mbps。 本文對譯碼器的綜合結果和Altera設計的Viterbi譯碼器IP核進行了性能比較，比較結果證明本文中設計的Viterbi譯碼器具有很高的工程實用價值。
上傳時間： 2013-07-23
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ASIC對產品成本和靈活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有較高的靈活性和較低的成本,然而抗干擾性和可靠性相對較低,運算速度也受到限制.常規(guī)ASIC的硬件具有速度優(yōu)勢和較高的可靠性及抗干擾能力,然而不是靈活性較差,就是成本較高.與傳統(tǒng)硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的場可編程門陣列(FPGA)的出現(xiàn),使建立在可再配置硬件基礎上的進化硬件(EHW)成為智能硬件電路設計的一種新方法.作為進化算法和可編程器件技術相結合的產物,可重構FPGA的研究屬于EHW的研究范疇,是研究EHW的一種具體的實現(xiàn)方法.論文認為面向分類的專用類可重構FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重構電路粒度劃分的針對性更強、設計更易實現(xiàn).論文研究的可重構FPGA的BCH通訊糾錯碼進化電路是一類ASR-FPGA電路的具體方法,具有一定的實用價值.論文所做的工作主要包括:(1)BCH編譯碼電路的設計——求取實驗用BCH碼的生成多項式和校驗多項式及其相應的矩陣并構造實驗用BCH碼;(2)建立基于可重構FPGA的基核——構造具有可重構特性的硬件功能單元,以此作為可重構BCH碼電路的設計基礎;(3)構造實現(xiàn)可重構BCH糾錯碼電路的方法——建立可重構糾錯碼硬件電路算法并進行實驗驗證;(4)在可重構糾錯碼電路基礎上,構造進化硬件控制功能塊的結構,完成各進化RLA控制模塊的驗證和實現(xiàn).課題是將可重構BCH碼的編譯碼電路的實現(xiàn)作為一類ASR-FPGA的研究目標,主要成果是根據(jù)可編程邏輯電路的特點,選擇一種可編程樹的電路模型,并將它作為可重構FPGA電路的基核T;通過對循環(huán)BCH糾錯碼的構造原理和電路結構的研究,將基核模型擴展為能滿足糾錯碼電路需要的糾錯碼基本功能單元T;以T作為再劃分的基本單元,對FPGA進行"格式化",使T規(guī)則排列在FPGA上,通過對T的控制端的不同配置來實現(xiàn)糾錯碼的各個功能單元;在可重構基核的基礎上提出了糾錯碼重構電路的嵌套式GA理論模型,將嵌套式GA的染色體串作為進化硬件描述語言,通過轉換為相應的VHDL語言描述以實現(xiàn)硬件電路;采用RLA模型的有限狀態(tài)機FSM方式實現(xiàn)了可重構糾錯碼電路的EHW的各個控制功能塊.在實驗方面,利用Xilinx FPGA開發(fā)系統(tǒng)中的VHDL語言和電路圖相結合的設計方法建立了循環(huán)糾錯碼基核單元的可重構模型,進行循環(huán)糾錯BCH碼的電路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片進行了FPGA實現(xiàn).課題在研究模型上選取的是比較基本的BCH糾錯碼電路,立足于解決基于可重構FPGA核的設計的基本問題.課題的研究成果及其總結的一套ASR-FPGA進化硬件電路的設計方法對實際的進化硬件設計具有一定的實際指導意義,提出的基于專用類基核FPGA電路結構的研究方法為新型進化硬件的器件結構的設計也可提供一種借鑒.
上傳時間： 2013-07-01
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近年來LED顯示技術發(fā)展迅速,LED全彩顯示屏得到了廣泛的應用.LED顯示技術涵蓋了微機控制、視頻、光學、機械和數(shù)字圖像處理等多種技術.針對現(xiàn)有LED顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和顯示存在的缺陷和開發(fā)難度,本文提出并實現(xiàn)了一種新型的LED顯示系統(tǒng)方案.該方案把ARM處理器應用到LED顯示屏中,采用FPGA技術開發(fā)了LED顯示屏系統(tǒng).本文主要討論了利用網(wǎng)絡傳輸LED顯示數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方法,包括嵌入式系統(tǒng)的設計以及TCP/IP協(xié)議的實現(xiàn)等分析和設計工作.全文分為七章,首先提出現(xiàn)有LED顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和顯示存在的缺陷和開發(fā)難度,然后提出新的LED顯示系統(tǒng)方案,并論證該方案的可行性.接著闡述了作者采用的嵌入式系統(tǒng)的設計方法和過程.第三章和第四章是嵌入式系統(tǒng)的設計和TCP/IP協(xié)議的實現(xiàn),其中包括硬件和軟件的設計以及嵌入式操作系統(tǒng)μ C/OS-Ⅱ的移植.詳細地分析了基于LPC2214芯片的操作系統(tǒng)移植步驟和過程.本文使用的是1wIP網(wǎng)關協(xié)議,把其應用于μ C/OS-Ⅱ,實現(xiàn)了LED顯示屏的網(wǎng)絡通信,還分析了RTL8019芯片的工作過程,編寫了有關驅動代碼.在第五章和第六章中闡述了LED顯示屏顯示原理和利用FPGA實現(xiàn)LED顯示的驅動開發(fā)過程,利用占空比法實現(xiàn)LED顯示屏的灰度顯示,使用VHDL語言描述LED顯示屏的灰度實現(xiàn)邏輯.最后根據(jù)本文的方案實現(xiàn)了LED顯示屏的彩色顯示,通過分析比較,該方案可行并且達到了預定的要求.
標簽： FPGA LED 嵌入式系統(tǒng) 中的應用
上傳時間： 2013-04-24
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軟件無線電是二十世紀九十年代提出的一種實現(xiàn)無線通信的體系結構，被認為是繼模擬通信、數(shù)字通信之后的第三代無線電通信技術。它的中心思想是：構造一個開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，并使寬帶模數(shù)和數(shù)模轉換器盡可能靠近天線，從而將各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成。 本論文首先介紹了軟件無線電的基本原理和三種結構形式，綜述了軟件無線電的幾項關鍵技術及其最新研究進展。其中調制解調模塊是軟件無線電系統(tǒng)中的重要部分，集中體現(xiàn)了軟件無線電最顯著的優(yōu)點——靈活性。目前這一部分的技術實現(xiàn)手段多種多樣。隨著近幾年來芯片制造工藝的飛速發(fā)展，可編程器件FPGA以其高速的處理性能、高容量和靈活的可重構能力，成為實現(xiàn)軟件無線電技術的重要手段。 本論文調制解調系統(tǒng)的設計，選擇有代表性的16QAM和QPSK兩種方式作為研究對象，采用SystemView軟件作為系統(tǒng)級開發(fā)工具進行集成化設計。在實現(xiàn)系統(tǒng)仿真和FPGA整體規(guī)劃后，著重分析用VHDL實現(xiàn)其中關鍵模塊以及利用嵌入FPGA的CPU核控制調制解調方式轉換的方法。同時，在設計中成功地調用了Xilinx公司的IP核，實現(xiàn)了設計復用。由于FPGA內部邏輯可以根據(jù)需要進行重構，因而硬件的調試和升級變得很容易，而內嵌CPU使信號處理過程可以用軟件進行控制，充分體現(xiàn)了軟件無線電的靈活性。 通過本論文的研究，初步驗證了在FPGA內實現(xiàn)數(shù)字調制解調過程及控制的技術可行性和應用的靈活性，并對將來的擴展問題進行了研究和討論，為實現(xiàn)完整的軟件無線電系統(tǒng)奠定了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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