信号与信息处理是信息科学中近几年来发展最为迅速的学科之一,随着片上系统(SOC,System On Chip)时代的到来,FPGA正处于革命性数字信号处理的前沿。基于FPGA的设计可以在系统可再编程及在系统调试,具有吞吐量高,能够更好地防止授权复制、元器件和开发成本进一步降低、开发时间也大大缩短等优点。然而,FPGA器件是基于SRAM结构的编程工艺,掉电后编程信息立即丢失,每次加电时,配置数据都必须重新下载,并且器件支持多种配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系统设计中具有极其重要的价值,这也给用于可编程逻辑器件编程的配置接口电路和实验开发设备提出了更高的要求。 本论文基于IEEE1149.1标准和USB2.0技术,完成了FPGA配置接口电路及实验开发板的设计与实现。作者在充分理解IEEE1149.1标准和USB技术原理的基础上,针对Altcra公司专用的USB数据配置电缆USB-Blaster,对其内部工作原理及工作时序进行测试与详细分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片开发实验电路的完整软硬件设计及功能时序仿真。作者最后进行了软硬件调试,完成测试与验证,实现了对Altera系列PLD的配置功能及实验开发板的功能。 本文讨论的USB下载接口电路被验证能在Altera的QuartusII开发环境下直接使用,无须在主机端另行设计通信软件,其兼容性较现有设计有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)厂商对其知识产权严格保密,使得基于USB接口的配置电路应用受到很大限制,同时也加大了自行对其进行开发设计的难度。 与传统的基于PC并口的下载接口电路相比,本设计的基于USB下载接口电路及FPGA实验开发板具有更高的编程下载速率、支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害,且具备其它下载接口电路不具备的SignalTapII嵌入式逻辑分析仪和调试NiosII嵌入式软核处理器等明显优势。从成本来看,本设计的USB配置接口电路及FPGA实验开发板与其同类产品相比有较强的竞争力。
上传时间： 2013-04-24
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目前对数字化音频处理的具体实现主要集中在以DSP或专用ASIC芯片为核心的处理平台的开发方面，存在着并行处理性能差，系统升级和在线配置不灵活等缺点。另一方面现有解决方案的设计主要集中于处理器芯片，而对于音频编解码芯片的关注度较低，而且没有提出过从芯片层到PCB板层的完整设计思路。本文针对上述问题对数字化音频处理平台进行了研究，主要内容包括： 1、提出了基于FPGA的通用音频处理平台，该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它专用ASIC芯片的方案，论证了基于FPGA的音频处理系统的结构及设计工作流程，并对嵌入式音频处理系统专门进行了研究。 2、提出了从芯片层到PCB板层的完整设计思路，并将设计思路得以实现。完成了FPGA的设计及实现过程，包括：系统整体分析，设计流程分析，配置模块和数据通信模块的RTL实现等；解决了FPGA与音频编解码芯片TLV320AIC23B之间接口不匹配问题；给出配置和数据通信模块的功能方框图；从多个角度完善PCB板设计，给出了各个系统组成部分的详细设计方案和硬件电路原理图，并附有PCB图。 3、建立了实验和分析环境，完成了各项实验和分析工作，主要包括：PCB板信号完整性分析和优化，FPGA系统中各个功能模块的实验与分析等。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和实用性。 本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明，本文提出的由FPGA和音频编解码芯片TLV320AIC23B组成的数字化音频处理系统完全可以实现音频信号的数字化处理，从而可以将FPGA在数字信号处理领域的优点充分发挥于音频信号处理领域。
上传时间： 2013-04-24
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本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU调试技术。论文研究了NiosⅡ嵌入式软核处理器的特性；实现了以Nios Ⅱ嵌入式处理器为核心的FPGA-CPU调试系统的软、硬件设计；对两种不同类型的FPGA-CPU进行了实际调试，对实验数据进行了分析。 在硬件方面，为了控制和检测FPGA-CPU，设计并实现了FPGA-CPU的控制电路、FPGA-CPU的内部通用寄存器组扫描电路、存储器电路等；完成了各种外围设备接口的设计；实现了调试系统的整体设计。 在软件方面，设计了调试监控软件，完成了对FPGA-CPU运行的控制和信号状态的监测。这些信号包括地址和数据总线以及各种寄存器的数据等；实现了多种模式下的FPGA-CPU调试支持单时钟调试、单步调试和软件断点多种调试模式。此外，设计了专用的编译软件，实现了基于不同指令系统的伪汇编程序编译，提高了调试效率。 本文作者在实现了FPGA-CPU调试系统基础上，对两种指令系统不同、结构迥异的FPGA-CPU进行实际调试。调试结果表明，这种基于IP核的可复用设计技术，能够在一个FPGA芯片内实现调试系统和FPGA-CPU的无缝连接，能够有效地调试FPGA-CPU。
上传时间： 2013-08-04
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近年来，随着多媒体技术的迅猛发展，电子、计算机、通讯和娱乐之间的相互融合、渗透越来越多，而数字音频技术则是应用最为广泛的技术之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)编解码算法作为数字音频的解决方案，在便携式多媒体产品中得到了广泛流行。 在已有的便携式MP3系统实现方案中，低速处理器与专用硬件结合的SOC设计方案结合了硬件实现方式和软件实现方式的优点，具有成本低、升级容易、功能丰富等特点。IMDCT(反向改进离散余弦变换)是编解码算法中一个运算量大调用频率高的运算步骤，因此适于硬件实现，以降低处理器的开销和功耗，来提高整个系统的性能。 本文首先阐述了MP3音频编解码标准和流程，以及IMDCT常用的各种实现算法。在此基础上选择了适于硬件实现的递归循环实现方法，并在已有算法的基础上进行了改进，减小了所需硬件资源需求并保持了运算速度。接着提出了模块总体设计方案，结合算法进行了实现结构的优化，并在EDA环境下具体实现，用硬件描述语言设计、综合、仿真，且下载到Xilinx公司的VirtexⅡ系列xc2v1000FPGA器件中，在减小硬件资源的同时快速地实现了IMDCT，经验证功能正确。
上传时间： 2013-05-31
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随着科学技术的发展，指纹识别技术被广泛应用到各种不同的领域。对于一般的指纹识别系统，其设计要求具有很高的实时性和易用性，因此识别算法应该具有较低的复杂度，较快的运算速度，从而满足实时性的要求。所以有必要根据不同的识别算法采用不同的实现平台，使得指纹识别系统具有较高的可靠性、实时性、有效性等性能要求。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera．公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入到FPGA内部，与用户自定义逻辑组建成一个基于FPGA的片上专用系统。 本文在综合考虑各种应用情况的基础上，以网络技术、数据库技术、指纹识别技术和嵌入式系统技术为理论基础，提出了一种有效可行的系统架构方案。对指纹识别技术中各个环节的算法和原理进行了深入研究，合理的改进了部分指纹识别算法；同时为了提高系统的实时性，采用NiosⅡ嵌入式处理器和FPGA硬件模块实现指纹图像处理主要算法。论文主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、特征提取和特征匹配算法原理进行阐述，同时改进了指纹图像的细化算法，提高了算法的性能，并设计了一套实用的指纹特征数据结构； 2、针对指纹图像预处理模块，包括图像的归一化、频率提取、方向提取以及方向滤波，采用基于FPGA的硬件电路的方式实现。实验结果表明，在保证系统误识率较低、可靠性高的基础上，大大提高了系统的执行速度； 3、改变了传统的单枚指纹识别方法，提出采用多枚指纹唯一标识身份，大大降低了识别系统的误识率； 4、改进了传统的基于三角形匹配中获取基准点的方法，同时结合可变界限盒思想进行指纹特征匹配。 5、结合COM+技术、数据库技术和网络技术，开发了后台指纹特征匹配服务系统，实现了嵌入式指纹识别系统同数据库的实时信息交换。 实验结果表明，本文所提出的系统构架方案有效可行，基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、扩展性等方面具有独特的优势，拥有广阔的发展前景。
上传时间： 2013-08-04
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可编程逻辑器件FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)越来越多的应用于数字信号处理领域，与传统的ASIC(专用集成电路)和DSP(数字信号处理器)相比，基于FPGA和CPLD实现的数字信号处理系统具有更高的实时性和可嵌入性，能够方便地实现系统的集成与功能扩展。 FFT的硬件结构主要包括蝶形处理器、存储单元、地址生成单元与控制单元。本文提出的算法在蝶形处理器内引入流水线结构，提高了FFT的运算速度。同时，流水线寄存器能够寄存蝶形运算中的公共项，这样在设计蝶形处理器时只用到了一个乘法器和两个加法器，降低了硬件电路的复杂度。 为了进一步提高FFT的运算速度，本文在深入研究各种乘法器算法的基础上，为蝶形处理器设计了一个并行乘法器。在实现该乘法器时，本文采用改进的布斯算法，用以减少部分积的个数。同时，使用华莱士树结构和4-2压缩器对部分积并行相加。 本文以32点复数FFT为例进行设计与逻辑综合。通过设计相应的存储单元，地址生成单元和控制单元完成FFT电路。电路的仿真结果与软件计算结果相符，证明了本文所提出的算法的正确性。 另外，本文还对设计结果提出了进一步的改进方案，在乘法器内加入一级流水线寄存器，使FFT的速度能够提高到当前速度的两倍，这在实时性要求较高的场合具有极高的实用价值。
上传时间： 2013-07-18
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本文分析了数字音频处理技术中数字滤波器的各种传统实现算法,尤其是研究了FIR数字滤波器的实现算法,在分析了数字滤波器的传统算法的基础上,针对家用和便携式音频处理系统,提供一种基于FPGA的音频处理器的实现方案,以适应便携式和家用设备对处理器体积和功耗小的发展要求.该方案对实现N阶FIR数字滤波器的传统算法进行了改良,将滤波器的系数用浮点数表示法来表示,使得原本至少需要一个乘法器和一个加法器来实现滤波功能,现在仅需要若干次加法和移位运算就可以实现,很大程度降低了设计的复杂度和系统功耗,也减少了芯片的面积.同时采用硬件描述语言VHDL实现了音频处理器各个模块的设计.
上传时间： 2013-06-02
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本文提出了一种适合于嵌入式SoC的USB器件端处理器的硬件实现结构。并主要研究了USB器件端处理器的RTL级实现及FPGA原型验证、和ASIC实现研究，包括从模型建立、算法仿真、各个模块的RTL级设计及仿真、FPGA的下载测试和ASIC的综合分析。它的速度满足预定的48MHz，等效门面积不超过1万门，完全可应用于SOC设计中。 本文重点对嵌入式USB器件端处理器的FPGA实现作了研究。为了准确测试本处理器的运行情况，本文应用串口传递测试数据入FPGA开发板，测试模块读入测试数据，发送入PC机的主机端。通过NI-VISA充当软件端，检验测试数据的正确。
上传时间： 2013-07-24
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网络带宽依然在不断增长（尤其是在本地网），最后一公里的高速接入日益普及;另一方面的情况是大容量的磁盘、FLASH移动存储盘和激光盘的容量不断增大，使得传送和储存数据的成本不断地下降。不仅使人发问：我们孜孜不倦的搞视频压缩高级算法还有多少意义？我们可以看到，算法的复杂性日益增加，但性能的提高却接近边缘。 是什么还在要求更高的压缩速率？还有被我们遗忘的地方吗？还有什么应用让我们继续追求更精妙的压缩算法？ 在作者看来，这个应用领域就是移动视频服务。无线频谱这种稀缺资源的有限性决定了我们必须继续对视频压缩技术进行研究。即使伴随UMTS/IMT2000的到来，移动终端可以获得的数据速率也限制在144Kbit/s，在微蜂窝的时候最高能达到的速率上限也在2Mbit/s。144Kbit/s的速率对于较高质量的视频传输来讲，仍然是有限的。因此，可以预见，移动终端的空中接口这个瓶颈使得我们必须继续进行视频压缩。 另一方面，移动终端领域开发视频压缩算法，在其低功耗和实时性要求下，也是异常困难的。为了减少计算的复杂性和运动估计的功耗，业界提出了许多快速算法，例如2-D的对数搜索，三步搜索，联合搜索。尽管这些方法减少了功耗，其结果是视频压缩性能的降低，因为这些算法的本质是减少了运动搜索的空间。为了实现运动搜索的低功耗，在电路领域又提出了搜索窗口和时钟管理的措施。但这些方法都是在牺牲视频压缩比性能的基础进行的折中，并没有强调算法映射结构上做出处理。 本论文提出了一种新的解决MPEG-4运动估计运算的低功耗实时处理器架构。其基础是采用了心肌阵列并行处理技术和低功耗控制电路。运动估计的繁复运算通过心肌阵列分布式运算得到有效处理。从理论上看，心肌阵列有其简单易理解性，然后，由于FPGA的互联网络有限性，设计这样一个阵列仍有许多值得注意的问题。论文提出使用保守近似处理在全局运动估计中减少功耗，其本质是消除不必要的冗余运算。宏块的最小误差匹配是一个典型的串行操作过程。论文新提出的方法是在进行绝对匹配前使用保守计算，如果保守误差值与最小误差差别过大，则不进行绝对误差计算。 总的说来，论文实现了两个目标：通过心肌阵列实现了实时的运动估计编码，通过在算法层次引入控制电路，降低运动估计电路的功耗。
上传时间： 2013-06-23
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随着现代工业的发展，人机接口在工业生产以及社会生活中发挥着越来越重要的作用，同时，人机接口的各项技术问题也日益凸现出来，越来越受到世界各国的关注。 本课题就基于便携式仪表人机接口的设计开展研究。设计的关键步骤包括：人机接口的软硬件设计、实验系统的搭建以及在一条天然气管道上进行管道检测实验，验证人机接口的实用性。 论文中介绍了人机接口技术的发展过程与现状、人机接口系统的软硬件详细设计。人机接口硬件包括：ARM处理器控制核心、通信接口电路、LCD显示接口电路、USB接口储存电路；软件包括人机接口的底层软件与应用软件。在实验过程中，首先获取一段有裂纹的天然气管道，接着使用自行设计的采样模块检测磁场信号，通过串口将数据发送到人机接口平台，人机接口平台使用嵌入式Linux作为操作系统，使用Qt程序在LCD上显示实时曲线。而后人机接口将数据存储在闪盘中，同时使用一系列算法程序对数据进行处理，最后利用检测到的漏磁场法向分量HP（Y）的具有显著特征的最大梯度值的位置来判断裂纹的位置，再与实际的裂纹位置对比，得出可行性结论。经过大量的实验，该系统可以很好的实现检测目的，验证了人机接口的实用性。
上传时间： 2013-06-28
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