随着半导体制造技术不断的进步，SOC(System On a Chip)是未来IC产业技术研究关注的重点。由于SOC设计的日趋复杂化，芯片的面积增大，芯片功能复杂程度增大，其设计验证工作也愈加繁琐。复杂ASIC设计功能验证已经成为整个设计中最大的瓶颈。 使用FPGA系统对ASIC设计进行功能验证，就是利用FPGA器件实现用户待验证的IC设计。利用测试向量或通过真实目标系统产生激励，验证和测试芯片的逻辑功能。通过使用FPGA系统，可在ASIC设计的早期，验证芯片设计功能，支持硬件、软件及整个系统的并行开发，并能检查硬件和软件兼容性，同时还可在目标系统中同时测试系统中运行的实际软件。FPGA仿真的突出优点是速度快，能够实时仿真用户设计所需的对各种输入激励。由于一些SOC验证需要处理大量实时数据，而FPGA作为硬件系统，突出优点是速度快，实时性好。可以将SOC软件调试系统的开发和ASIC的开发同时进行。 此设计以ALTERA公司的FPGA为主体来构建验证系统硬件平台，在FPGA中通过加入嵌入式软核处理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)逻辑来构建与PC的调试验证数据链路，并采用定制的JTAG逻辑产生测试向量，通过JTAG控制SOC目标系统，达到对SOC内部和其他IP(IntellectualProperty)的在线测试与验证。同时，该验证平台还可以支持SOC目标系统后续软件的开发和调试。 本文介绍了芯片验证系统，包括系统的性能、组成、功能以及系统的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC验证系统的硬件平台，提出了验证系统的总体设计方案，重点对验证系统的数据链路的实现进行了阐述；详细研究了嵌入式软核处理器NIOS II系统，并将定制的JTAG逻辑与处理器NIOS II相结合，构建出调试与验证数据链路；根据芯片验证的要求，设计出软核处理器NIOS II系统与PC建立数据链路的软件系统，并完成芯片在线测试与验证。 本课题的整体任务主要是利用FPGA和定制的JTAG扫描链技术，完成对国产某型DSP芯片的验证与测试，研究如何构建一种通用的SOC芯片验证平台，解决SOC验证系统的可重用性和验证数据发送、传输、采集的实时性、准确性、可测性问题。本文在SOC验证系统在芯片验证与测试应用研究领域，有较高的理论和实践研究价值。
上传时间： 2013-05-25
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“计算机组成原理”是计算机专业的一门核心课程。传统的计算机组成原理实验是在指令格式、寻址方式、运算器、控制器、存储器等都相对固定的情况下进行，学生主要进行功能实现和验证，缺少自主设计和创新过程。 为改变这种状况，须更新现有的计算机组成原理实验系统。采用FPGA芯片作为载体，使用EDA开发工具，用硬件描述语言实现不同的硬件逻辑，再与硬件的输入输出接口线路相连，最终组成一台可用于组成实验教学的完整计算机系统。这期间学生将掌握组成原理实验系统的各个部件的功能及其相互之间如何协作。本实验系统能够让学生完成有关计算机组成原理的部件实验和整机实验：部件实验包括加法器、乘法器、除法器、算术逻辑运算单元、控制器、存储器等；整机实验可以独立实现各部件的功能描述。该系统能够帮助学生巩固课堂知识并增强设计能力。 为实现上述目的，依据EDA技术的开发流程和方法，建立了一个完整的体系，其中包括控制模块、内存模块、运算器模块、通用寄存器组及其控制部件、程序计数器、地址寄存器、指令寄存器、时序部件、数据控制部件、状态值控制部件，以及为帮学生调试而专门设计的输出观察部件。在Quartus Ⅱ开发环境下，使用Altera公司FPGA芯片，采用VHDL，语言设计并实现了上述模块。经过仿真测试，所实现的各功能模块作为独立部件时能完成各自功能：而将这些部件组合起来的整机系统，可以执行程序段和进行各种运算处理，达到了设计要求。
上传时间： 2013-06-01
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软件无线电(Software Radio)具有高度灵活性、开放性，很容易实现与现有和未来多种电台的兼容，能最大限度的满足了互联互通的要求。而基于多相滤波器组的信道化软件无线电接收技术以其固有的全概率接收、降采样速率以及其大幅提高运算速率的能力越来越受到重视。本文主要研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的软件无线电信道化中频接收技术设计与实现。 首先介绍了软件无线电的基本概念以及其发展状况，深入讨论了软件无线电的基本理论，主要介绍了设计中所用到的带通采样技术、信号的抽取技术与多相滤波技术。 然后简要介绍了信道化中频接收机的射频(Radio Frequency，RF)前端接收技术，设置宽中频超外差接收机射频前端的设计指标，给出了改进的实信号滤波器组低通型实现结构，并依此推导和建立了实信号多相滤波器组信道化中频接收机的数学模型。 最后基于EP1S80开发平台实现了实信号多相滤波器组信道化的中频接收机。给出了多相滤波器、抽取运算、FFT运算、信道划分以及复乘运算的设计方案。仿真结果表明，该接收机能够实现对中频信号的正确接收，验证了系统设计的可行性。
上传时间： 2013-05-24
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本项目完成的是中国地面数字电视融合方案发端系统的FPGA设计与实现。采用Stratix系列的EP1S80F1020C5FPGA为基础构建了主硬件处理平台。系统中能量扩散、LDPC编码、符号交织、星座映射、同步PN头插入、3780点IFFTOFDM调制以及信号成形4倍插值滚降滤波器等都是基于FPGA硬件设计实现的。本文首先介绍了数字电视的发展现状，融合方案发端系统的整体结构以及FPGA设计的相关知识。第三章重点、详细地介绍了基于FPGA的融合方案发端系统除LDPC编码部分的各个模块的具体实现，并对级连后的整个系统的性能进行了仿真、分析和验证。第四章简要介绍了与融合方案发端系统结构类似的一个窄带LDPC解码-误码测试实验平台发端的FPGA设计，并对该测试平台的性能进行了分析验证。我在项目中完成的工作主要有： 1.阅读相关文献资料，了解中国地面数字电视融合方案的整体结构和原理。 2.制定了整个发端系统FPGA实现的框架以及各模块的接口定义。 3.完成了3780点IFFTOFDM的FPGA设计和验证。 4.完成了4倍插值169阶滚降滤波器的算法改进和FPGA设计与验证。 5.完成了整个融合方案系统的功能仿真、分析和验证。 6.完成了窄带LDPC解码-误码测试实验平台发端的FPGA设计以及仿真、验证。
上传时间： 2013-07-05
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随着ASIC设计规模的增长，功能验证已成为整个开发周期的瓶颈。传统的基于软件模拟和硬件仿真的逻辑验证方法已难以满足应用的要求，基于FPGA组的原型验证方法能有效缩短系统的开发周期，可提供更快更全面的验证。由于FPGA芯片容量的增加跟不上ASIC设计规模的增长，单芯片已无法容纳整个设计，所以常常需要对设计进行逻辑分割，将子逻辑块映射到FPGA阵列中。 本文对逻辑验证系统的可配置互连结构和ASIC逻辑分割算法进行了深入的研究，提出了FPGA阵列的非对称可配置互连结构。与现有的对称互连结构相比，该结构能提供更多的互连通道，可实现对I/O数量、电平类型和互连路径的灵活配置。 本文对逻辑分割算法进行了较深入的研究。针对现有的两类分割算法存在的不足，提出并实现了基于设计模块的逻辑分割算法，该算法有三个重要特征：1)基于设计代码；2)以模块作为逻辑分割的最小单位；3)使用模块资源信息指导逻辑分割过程，避免了设计分割过程的盲目性，简化了逻辑分割过程。 本文还对并行逻辑分割方法进行了研究，提出了两种基于不同任务分配策略的并行分割算法，并对其进行了模拟和性能分析；验证了采用并行方案对ASIC逻辑进行分割和映射的可行性。 最后基于改进的芯片互连结构，使用原型系统验证方法对某一大规模ASIC设计进行了逻辑分割和功能验证。实验结果表明，使用改进后的FPGA阵列互连结构可以更方便和快捷地实现ASIC设计的分割和验证，不但能显著提高芯片间互连路径的利用率，而且能给逻辑分割乃至整个验证过程提供更好的支持，满足现在和将来大规模ASIC逻辑验证的需求。
上传时间： 2013-06-12
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指令集仿真器是目前嵌入式系统研究中一个极其重要的领域，一个灵活高效且准确度高的仿真器不仅可以实现对嵌入式系统硬件环境的仿真，而且是现代微处理器结构设计过程中性能评估的重要工具. 仿真器的性能已经成为影响整个设计效率的重要因素，在现有的指令集仿真技术中，编译型仿真技术虽然可以获得高的仿真速度，但其对应用的假设过于严格，限制了其在商业领域中的应用；解释型仿真器虽被普遍使用，但其缺点也很明显，由于模拟过程中需要耗费大量时间用于指令译码，解释型模拟器速度往往很有限，使用性能较低。由此可见，如何减少仿真过程中的指令译码时间，是提高仿真器的性能的关键。 本文旨在提出一个指令集仿真器的原型，重点解决指令解码过程中的速度瓶颈，在其基础可以进行扩充和改进，以适应不同硬件平台的需要。文章首先从ARM指令集的指令功能和编码格式入手，通过分析和比较找出了一般常用指令的编码和实现规律，并在此基础上进行了高级语言的描述，其后提出了改进版解释型指令集仿真器的设计方案，包括为提高仿真器性能，减少译码时间，创新性的在流程设计中加入了预解码的步骤，同时用自己设计的压缩算法解决了因预解码产生大量译码信息而带来的内存过度消耗难题。接下来，描述了仿真器的实现，包括指令的取指、译码、执行等基本功能，并着重描述了如何通过划分存储域和存储块的方式模拟真实存储器的读写访问实现。 另外，需要特别指出的是，针对仿真器中普遍存在的调试难问题，本文从一线程序开发人员的角度，在调试模块的设计中除了断点设置、程序暂停、恢复等基本功能外，还添加了各类监视设备和程序跟踪的功能，以期能提高本仿真器的实用性。 在文章的结尾，提出了仿真器的验证方案，并按照该方案对仿真器进行了功能和性能上的验证，最后对进一步的工作进行了展望。
上传时间： 2013-08-02
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现在，下一代嵌入式微处理器和软件面临着不断减小的产品寿命。而由此产生的缩短的研发周期则要求设计者能够在更短的时间内开发出更为复杂的处理器和软件。为了解决这个问题，嵌入式系统的仿真逐渐成为在新的可编程结构的开发中必不可少的工具。对于嵌入式系统仿真核心的指令集仿真器，由于普遍使用的解释型仿真器的性能较低，从十几年前开始，人们就开始了对编译型指令集仿真器的研究。但是，由于编译技术的限制，它从来没有能够在商业产品中推广。 ARM公司06年新推出的Cortex-M3系列芯片已经广泛应用在无线传感器网络等领域。本文将针对基于ARM Cortex-M3的嵌入式系统设计出一个仿真平台，以ARM Cortex-M3 所采用最新的Thumb-2 指令集作为目标指令集，设计了其仿真器，给出了一种优化的解释型指令仿真机。 1.首先介绍了Thumb-2 指令集的编程模型，包括目标指令集支持的处理器的模式、寄存器和存储器的组织。 2.其次建立了仿真平台。在平台的建立过程中，设计了结合编译技术速度和解释技术灵活性的仿真机；完成了Thumb-2 指令集体系结构的描述；实现了存储器接口，从而可以满足目标指令集对存储器的访问要求；介绍了ELF 文件格式，并设计了将ELF 文件中的指令和数据装入存储器的装载程序。 3.最后以一个基于ARM Cortex-M3 处理器的机器小车嵌入式系统为例，对仿真平台进行功能上的验证。
上传时间： 2013-07-19
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作为嵌入式系统核心的微处理器，是SOC不可或缺的“心脏”，微处理器的性能直接影响着整个SOC的性能。 与国际先进技术相比，我国在这一领域的研究和开发工作还相当落后，这直接影响到我国信息产业的发展。本着赶超国外先进技术，填补我国在该领域的空白以摆脱受制于国外的目的，我国很多科研单位和公司进行了自己的努力和尝试。经过几年的探索，已经有多种自主知识产权的处理器芯片完成了设计验证并逐渐进入市场化阶段。我国已结束无“芯”的历史，并向设计出更高性能处理器的目标迈进。 艾科创新微电子公司的VEGA处理器，是公司凭借自己的技术力量和科研水平设计出的一款64位高性能RSIC微处理器。该处理器基于MIPSISA构架，采用五级流水线的设计，并且使用了高性能处理器所广泛采用的虚拟内存管理技术。设计过程中采用自上而下的方法，根据其功能将其划分为取指、译码、算术逻辑运算、内存管理、流水线控制和cache控制等几个功能块，使得我们在设计中能够按照其功能和时序要求进行。 本文的首先介绍了MIPS微处理器的特点，通过对MIPS指令集和其五级流水线结构的介绍使得对VEGA的设计有了一个直观的认识。在此基础上提出了VEGA的结构划分以及主要模块的功能。作为采用虚拟内存管理技术的处理器，文章的主要部分介绍了VEGA的虚拟内存管理技术，将VEGA的内存管理单元(MMU)尤其是内部两个翻译后援缓冲(TLB)的设计作为重点给出了流水线处理器设计的方法。结束总体设计并完成仿真后，并不能代表设计的正确性，它还需要我们在实际的硬件平台上进行验证。作为论文的又一重点内容，介绍了我们在VEGA验证过程中使用到的FPGA的主要配置单元，FPGA的设计流程。VEGA的FPGA平台是一完整的计算机系统，我们利用在线调试软件XilinxChipscope对其进行了在线调试，修正其错误。 经过模块设计到最后的FPGA验证，VEGA完成了其逻辑设计，经过综合和布局布线等后端流程，VEGA采用0.18工艺流片后达到120MHz的工作频率，可在其平台上运行Windows-CE和Linux嵌入式操作系统，达到了预计的设计要求。
上传时间： 2013-07-07
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随着半导体技术与数字集成电路(微处理器、存贮器以及标准逻辑门电路等)技术的迅速发展，特别是随着计算机技术的发展，在工业生产和科学技术研究的各行各业中，人们利用PC机的强大处理功能代替传统仪器的某些部件，开发出各种测量仪器(虚拟仪器)，传统仪器的数字逻辑部分多是采用分立集成电路(IC)组成，分立IC愈多，给系统的电路设计、调试及维护带来诸多不便。而随着EDA技术的飞速发展，大规模可编程逻辑芯片CPLD / FPGA应运而生。这类芯片可以替代几十甚至上百块通用IC芯片，而且，因其可用硬件描述语言进行芯片设计、支持在线编程和在系统编程等优点而备受青睐。本课题主要是用FPGA实现一个验证平台。用于SOC及IPCore的验证。用FPGA系统验证板实现在实际硬件环境中的验证可以弥补ASIC 设计流程中仿真的不足, 通过该验证也可以加快ASIC设计且降低由于逻辑问题所造成ASIC 开发中的成本损耗。本文首先介绍了EDA技术的发展，然后介绍了FPGA，SOC,和IPCore的一些基本概念，分析了FPGA在现代集成电路设计领域的一些应用。最后，具体设计了一块用设计验证的开发板，并讨论了其设计结构，流程及验证方法。
上传时间： 2013-05-16
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随着通信技术和计算机技术的发展，多媒体的应用与服务越来越广泛，视频压缩编码技术也随之成为非常重要的研究领域。运动估计是视频压缩编码中的一项关键技术。由于视频编码系统的复杂性主要取决于运动估计算法，因此如何找到一种可靠、快速、性能优良的运动估计算法一直是视频压缩编码的研究热点。运动估计在视频编码器中承担的运算量最大、控制最为复杂，由于对视频编码的实时性要求，因此运动估计模块一般都采用硬件来设计。 本文的目的是在FPGA芯片上设计实现一种更优的易于硬件实现的块匹配运动估计算法——二步搜索算法。全文首先讨论了块匹配运动估计理论及其主要技术指标，介绍了运动估计技术在MPEG-4中的应用，然后在对典型的运动估计算法进行分析比较的基础上讨论了一种性能和硬件实现难易度综合指数较高的二步搜索算法。本文对已有的用于全搜索算法实现的VLSI结构进行了改进，设计了符合二步搜索算法要求的FPGA实现结构，并在对其理论分析之后，对实现该算法的运动估计模块进行了功能模块的划分，并运用VerilogHDL硬件描述语言、ISE及Modelsim开发工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了对各功能模块的设计、实现与时序仿真。最后，对整个运动估计模块进行了仿真测试，给出了其在FPGA上搭建实现后的时序仿真波形图与占用硬件资源情况，通过对时序仿真结果可知本文设计的各功能模块工作正常，并且能够协同工作，整个运动估计模块能够正确的实现二步搜索运动估计算法，并输出正确的运动估计结果；通过对占用硬件资源及时钟频率情况的分析验证了本文设计的二步搜索运动估计算法的FPGA实现结构具备先进性和实时可实现性。
上传时间： 2013-05-27
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