《计算机组成原理》是计算机系的一门核心课程。但是它涉及的知识面非常广，内容包括中央处理器、指令系统、存储系统、总线和输入输出系统等方面，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象难于理解。但借助于该计算机组成原理实验系统，学生通过实验环节，可以进一步融会贯通学习内容，掌握计算机各模块的工作原理，相互关系的来龙去脉。 为了增强实验系统的功能，提高系统的灵活性，降低实验成本，我们采用FPGA芯片技术来彻底更新现有的计算器组成原理实验平台。该技术可根据用户要求为芯片加载由VHDL语言所编写出的不同的硬件逻辑，FPGA芯片具有重复编程能力，使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程，这种称为“软”硬件的全新系统设计概念，使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它不仅使该系统性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使学生自己设计不同的实验变为可能。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计CPU，但首先，学生必须知道CPU的各个功能部件是如何工作，以及相互之间是如何配合构成CPU的。因此，我们必须先设计出一个教学用的以FPGA芯片为核心的硬件平台，然后在此基础上开发出VHDL部件库及主要逻辑功能，并设计出一套实验。 本文重点研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系统，由于VHDL的高标准化和硬件描述能力，现代CPU的主要功能如计算，存储，I/O操作等均可由VHDL来实现。同时设计实验内容，包括时序电路的组成及控制原理实验、八位运算器的组成及复合运算实验、存储器实验、数据通路实验、浮点运算器实验、多流水线处理器实验等，这些实验形成一个相互关联的系统。每个实验先由教师讲解原理及原理图，学生根据教师提供的原理图，自己用MAX+PLUSII完成电路输入，学生实验实际上是编写VHDL，不需要写得很复杂，只要能调用接口，然后将程序烧入平台，这样既不会让学生花太多的时间在画电路图上，又能让学生更好的理解每个部件的工作原理和工作过程。 论文首先研究分析了FPGA硬件实验平台，即实验系统的硬件组成。系统采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外围芯片(例如74LS244，74LS275)组成。根据不同的实验要求，规划不同实验控制逻辑。用户可选择不同的实验逻辑，通过把实验逻辑下载到FPGA芯片中构成自己的实验平台。 其次，论文详细的阐述了VHDL模块化设计，如何运用VHDL技术来依次实现CPU的各个功能部件。VHDL语言作为一种国际标准化的硬件描述语言，自1987年获得IEEE批准以来，经过了1993年和2001年两次修改，至今已被众多的国际知名电子设计自动化(EDA)工具研发商所采用，并随同EDA设计工具一起广泛地进入了数字系统设计与研发领域，目前已成为电子业界普遍接受的一种硬件设计技术。再次，论文针对实验平台中遇到的较为棘手的多流水线等问题，也进行了深入的阐述和剖析。学生需要什么样的实验条件，实验内容及步骤才能了解当今CPU所采用的核心技术，才能掌握CPU的设计，运行原理。另外，本论文的背景是需要学生熟悉基本的VHDL知识或技能，因为实验是在编写VHDL代码的前提下完成的。 本文在基于实验室的环境下，基本上较为完整的实现了一个基于FPGA的实验平台方案。在此基础上，进行了部分功能的测试和部分性能方面的分析。本论文的研究，为FPGA在实际系统中的应用提供研究思路和参考方案。论文的研究结果将对FPGA与VHDL标准的进一步发展具有重要的理论和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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本文内容来源于实际工程项目，属于FPGA技术在航空电子系统中的应用范畴。该项目的主要任务是通过设计—总线适配器将嵌入式航路控制器接入航电总线，使之成为航空电子系统的一部分。本文主要介绍航电总线适配器的设计，包括总线适配器接口协议分析、系统总体规划、主控制器的FPGA实现、硬件设计和软件设计等内容。 首先，本立在对项目背景、项目需求和总线适配器接口协议进行分析的基础上，规划了系统的总体结构。并且根据此系统结构制定了相应的转换协议，以规范数据传输。其次，根据系统设计要求选择主控制器和外围器件，并以此搭建硬件平台，完成系统硬件设计。本部分内容包括主控制器的FPGA实现分析以及系统硬件各功能模块如MIL-STD-1553B协议控制器模块、RS-422电平转换模块、FPGA配置模块和电源模块等的设计。最后介绍了系统的软件开发，此部分主要完成了软件的总体设计、功能模块的划分以及各功能模块的软件实现，包括BU-61580接口模块、异步串口模块和协议控制模块等的具体设计。
上传时间： 2013-05-22
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近年来，随着网络技术的发展和视频编码标准受到广泛接受，视频点播、视频流和远程教育等基于网络的多媒体业务逐渐普及。为了对拥有不同终端资源，不同接入网络以及不同兴趣的用户提供灵活的多媒体数据访问服务，多媒体数据的内容需要根据应用环境动态调整，转码正是实现这一挑战性任务的关键技术之一。 视频转码对时间的要求非常苛刻，以至于用高速的通用微处理器芯片也无法在规定的时间内完成必要的运算。因此，必须为这样的运算设计一个专用的高速硬线逻辑电路，在高速FPGA器件上实现或制成高速专用集成电路。用高密度的FPGA来构成完成转码算法所需的电路系统，实现专用集成电路的功能，因其成本低、设计周期短、功耗小、可靠性高、使用灵活等优点而成为适合本课题的最佳选择。 本文根据MPEG-2中可变长编码(VLC)理论，采用了两级查找表减少了VLC存储空间的使用，完成VLC编码的实现。根据MPEG-2中关于System Packet的定义，针对FPGA可实现性，以空间换取复杂度的减少，实现了PES包的打包模块。根据MPEG-2相应的转码理论，完成了对系统解码模块相应的连接和调试，对解码模块以真实的bit流进行了贴近板级的情况的仿真。根据MPEG-2中TM5的算法的局限性，分析得出只需要对P帧进行相应处理即可改进场景变换对视频质量的影响，完成对TM5的算法的改进。通过性能估算和电路仿真，各模块的吞吐率能够满足转码系统的要求。
上传时间： 2013-07-22
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在图像处理及检测系统中，实时性要求往往影响着系统处理速度的性能。本文在分析研究视频检测技术及方法的基础上，应用嵌入式系统设计和图像处理技术，以交通信息视频检测系统为研究背景，展开了基于FPGA视频图像检测技术的研究与应用，通过系统仿真验证了基于FPGA架构的图像并行处理和检测系统具有较高的实时处理能力，能够准确并稳定地检测出运动目标的信息。可见FPGA对提高视频检测及处理的实时性是一个较好的选择。 本文主要研究的内容有： 1．分析研究了视频图像检测技术，针对传统基于PC构架和DSP处理器的视频检测系统的弊端，并从可靠性、稳定性、实时性和开发成本等因素考虑，提出了以FPGA芯片作为中央处理器的嵌入式并行数据处理系统的设计方案。 2．应用模块化的硬件设计方法，构建了新一代嵌入式视频检测系统的硬件平台。该系统由异步FIFO模块、图像空间转换模块、SRAM帧存控制模块、图像预处理模块和图像检测模块等组成，较好地解决了图像采样存储、处理和传输的问题，并为以后系统功能的扩展奠定了良好的基础。 3．在深入研究了线性与非线性滤波几种图像处理算法，分析比较了各自的优缺点的基础上，本文提出一种适合于FPGA的快速图像中值滤波算法，并给出该算法的硬件实现结构图，应用VHDL硬件描述语言编程、实现，仿真结果表明，快速中值滤波算法的处理速度较传统算法提高了50％，更有效地降低了系统资源占用率和提高了系统运算速度，增强了检测系统的实时性能。 4．研究了基于视频的交通车流量检测算法，重点讨论背景差分法，图像二值化以及利用直方图分析方法确定二值化的阈值，并对图像进行了直方图均衡处理，提高图像检测精度。并结合嵌入式系统处理技术，在FPGA系统上研究设计了这些算法的硬件实现结构，用VHDL语言实现，并对各个模块及相应算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系统仿真与验证是整个FPGA设计流程中最重要的步骤，针对现有仿真工具用手动设置输入波形工作量大等弊病，本文提出了一种VHDL测试基准(TestBench)方法解决系统输入源仿真问题，用TEXTIO程序包设计了MATLAB与FPGA仿真软件的接口，很好地解决了仿真测试中因测试向量庞大而难以手动输入的问题。并将系统的仿真结果数据在MATLAB上还原为图像，方便了系统测试结果的分析与调试。系统测试的结果表明，运动目标的检测基本符合要求，可以排除行走路人等移动物体(除车辆外)的噪声干扰，有效地检测出正确的目标。 本文主要研究了基于FPGA片上系统的图像处理及检测技术，针对FPGA技术的特点对某些算法提出了改进，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim软件开发平台上仿真实现，仿真结果达到预期目标。本文的研究对智能化交通监控系统的车流量检测做了有益探索，对其他场合的图像高速处理及检测也具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-13
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图像增强技术是数字图像处理领域中的一项重要内容，随着数字图像处理应用领域的不断扩大，快速、实时图像处理技术成为研究的热点。超大规模集成电路技术的飞速发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础，尤其是FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)凭借其高速并行、可重配置的架构和基于查找表的独特结构等优点使得在数字信号处理领域的应用持续上升。国内外，越来越多的实时图像处理应用逐渐转向FPGA平台。 本文基于FPGA的图像增强技术研究主要是针对空间域方法，这种方法是指在空间域内直接对像素灰度值进行运算处理，算法简单并且存在并行性，非常适合于用硬件实现。FPGA可以灵活地实现并行、实时处理图像数据，正是利用这一特点，本文提出了一种基于FPGA的图像增强处理系统设计。该系统采用SOPC技术，完成图像增强处理。文中给出了系统设计思路，并分析了该系统的结构及功能实现，说明了系统实现过程。其硬件平台的核心部分是Altera公司Stratix系列的．FPGA EPlS40芯片，采用自顶向下的设计方法构造图像增强处理功能模块，利用硬件描述语言vHDL对图像增强模块进行电路描述，并进行设计优化、仿真，在生成系统配置文件后加载到FPGA上进行板级调试。完成了基于FPGA的图像增强算法模块的设计，重点设计实现了点运算增强处理模块、中值滤波器模块，并对中值滤波器进行了改进设计实现，采用FPGA完成了对图像增强算法的硬件加速。
上传时间： 2013-06-16
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软件无线电是无线通信领域继固定到移动、模拟到数字之后的第三次革命，是目前乃至未来的无线电领域的技术发展方向，它在提高系统灵活性上有无可比拟的优势，是实现未来无线通信系统的有效手段。扩频通信具有卓越的抗干扰和保密性能。扩频通信相对于传统的窄带通信，在频谱利用率上也有明显的优势，是未来无线通信系统中的关键技术，直接序列扩频则是其中在民用领域使用最多的一种扩频技术。FPGA在分布式计算、并行处理、流水线结构上有独特的优势，自然成为设计扩频软件无线电系统的首选技术之一。 首先介绍了软件无线电的理论基础，并分析了它的硬件结构和技术关键。软件无线电的关键思路在于构建一个通用的强大的硬件平台，这也正是本课题的主要工作之一。而后，重点介绍了直序扩频的理论基础。对于发射机，其中最关键的是寻找一种相关特性卓越的伪随机序列，本课题主要对m序列、OVSF码和Gold码进行了深入研究。最后，详述了基于DDFS的数字调制技术和FPGA技术。 基于以上理论基础研究，根据软件无线电硬件结构，开发了基于Altera公司Cyclone系列FPGA的硬件平台。该平台具有210Mbps的高速DAC，并配有串口、USB接口、音频CODEC输入输出通道、以及LVDS扩展口和SDRAM，考虑到通用性，设计中加入了足以开发出接收机的两路40Mbps的高速ADC。FPGA的代码开发也是核心内容，本课题编写了大量相应的代码，包括加扩模块（含伪随机序列发生器）、基于DDFS的数字调制模块以及串口通信模块、LCD驱动模块，SDRAM Controller、ADC驱动模块，并编写了相应的测试代码。整个系统测试通过。关于硬件平台设计和代码开发，在本文第三章和第四章详细介绍。 总体说来，本课题基于现有的理论发展，在充分理解相关理论的前提下，将主要经历集中于具体应用的研究与开发，并取得了一定的成果。
上传时间： 2013-06-27
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随着 EDA 技术及微电子技术的飞速发展，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA的设计水平也达到了一个新的高度。基于FPGA的嵌入式系统设计为现代电子产品设计带来了更大的灵活性，以Nios Ⅱ软核处理器为核心的SOPC(System on Programmable Chip)系统便是把嵌入式系统应用在FPGA上的典型例子，本文设计的指纹识别模块就是基于FPGA的Nios Ⅱ处理器为核心的SOPC设计。通过IP核技术和灵活的软硬件编程，实现Nios Ⅱ对FPGA外围器件的控制，并对指纹处理算法进行了改进，研究了指纹识别算法到Nios Ⅱ系统的移植。 本文首先阐述了指纹识别模块的SOPC设计方案，然后是对模块的详细设计。在硬件方面，完成了指纹识别模块的 FPGA 硬件设计，包括 FPGA 内部的Nios Ⅱ系统硬件设计和 FPGA 外围电路设计。前者利用 SOPC Builder将Nios Ⅱ处理器、指纹读取接口 UART、键盘与LCD显示接口、FLASH接口、SDRAM控制器构建成NiosⅡ硬件系统，后者是电源和时钟电路、SDRAM存储器电路、FLASH存储器电路、LCD显示电路、指纹传感器电路、FPGA 配置电路这些纯实物硬件设计，给出了设计方法和电路连接图。 在软件方面，包括下面两个内容： 完成 FPGA 外围器件程序设计，实现对外围器件的操作。 深入的研究了指纹识别算法。对指纹图像识别算法中的指纹图像滤波和匹配算法进行了分析，提出了指纹图像增强改进算法和匹配改进算法，通过试验，改进后的指纹图像滤波算法取得了较好的指纹图像增强效果。改进后的匹配算法速度较快，误识率较低。最后研究了指纹识别算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系统的实现。
上传时间： 2013-06-12
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心血管疾病是当今危害人类健康的主要疾病之一，心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。心电图准确的自动分析与诊断对于心血管疾病的诊断起着关键的作用，也是国内外学者所热衷的研究课题。QRS复合波的检测是心电自动分析的关键环节，检出的位置精度关系到后续处理和分析的正确性和准确性。 本文在总结前人工作的基础上，对基于小波变换的QRS复合波检测算法做了深入研究;并针对小波变换算法与心电检测算法的结构提出了一种硬件实现方法。本文的主要内容包括基于小波变换的心电信号检测算法设计和该算法在FPGA系统上的实现两个部分。 对国内外近年内发展起来的各种心电检测方法进行了总结，并综合考虑检出率和硬件实现的实时性等问题，采用小波变换方法对QRS复合波进行检测。根据QRs复合波经小波变换后，心电特征波在某些尺度上对应有相对明显的模极值对，通过在对应尺度上判断模极值对，进而检测出对应的特征波。 设计了基于小波变换的心电信号检测算法的FPGA实现系统。系统主要包含三个模块：心电信号预处理模块、小波分解模块和检测模块。心电信号预处理模块对输入的心电信号进行滤波预处理，以消除工频干扰和基线漂移。小波分解模块采用流水线设计，即把各层小波分解分成各个模块独立实现，以提高运算效率。检测模块的功能是利用小波分解模块的输出结果在各尺度上寻找模极值对，并根据检测策略检测QRS复合波。 本文采用Veillog语言对设计进行了仿真验证，并通过MIT-BIH心律失常标准数据库对本文的设计实现进行性能评估，获得了较好的检出率。同时，综合结果也表明系统时钟能够工作在较高的频率，足以满足高速实时对心电信号的处理与检测。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：daoxiang126
扩展频谱通信技术,它的突出优点是保密性好,抗干扰性强.随着通信系统与现代计算机软、硬件技术与微电子技术发展,越来越多的通信系统构建于这种技术之上.在实际扩频通信系统工程中,用得比较普遍的是直扩方式和跳频方式,它们的不同在于直扩是采取隐藏的方式对抗干扰,而跳频采取躲避的方式. 西方国家早在20世纪50年代就开始对跳频通信进行研究,在上个世纪末的几次局部战争中,跳频电台得到了普遍的应用.跳频通信的发展促进了其对抗技术的发展,目前,世界主要几个军事先进的国家,已经研究出高性能的跳频通信对抗设备,国内这方面的发展相对国外差距比较大. 未来战争是科学技术的斗争,研究跳频通信对抗势在必行.基于这种目的,本文研究和设计了跳频检测的FPGA实现,利用基于时频分析的处理方法,完成了跳频信号检测的FPGA实现,通过测试,表明系统达到了设计要求,可以满足实际的需要.主要内容包括: 1.概述了跳频检测接收研究的发展动态,阐述了扩展频谱通信及短时傅立叶变换的原理. 2.分析了基于快速傅立叶变换(FFT)处理跳频信号,检测跳频的可行性,利用FFT检测频谱的原理,合理使用频谱采样策略,做到了增加频谱利用率,提高了检测概率和分析信噪比；利用抽取内插技术完成数据速率的转换,使其满足后续信号的处理要求；利用同相和正交的DDC实现结构,完成对跳频信号的解跳. 3.设计完成了跳频信号检测与接收系统的FPGA实现,其主要包括:数据速率变换的实现,FIR低通滤波器的实现,快速傅立叶变换(FFT)的实现,下变频的实现等.在滤波器的实现中,提出了两种设计方法:基于常系数乘法器和分布式算法滤波器,分析了上述两种方法的优缺点,选择用分布式算法实现设计中的低通滤波器；在快速傅立叶变换实现中,分析了基2和基4的算法结构,并分别实现了基2和基4的算法,满足了不同场合对处理器的要求.在下变频的设计中,使用滤波器的多相结构完成抽取的实现,并使用低通滤波器使信号带宽满足指标的要求.此外,设计中还包括双端口RAM的实现,比较模块的实现、数据缓存模块和串并转换模块的实现. 4.介绍了实现系统的硬件平台.
上传时间： 2013-04-24
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本文完成了一种高速高性能数字脉冲压缩处理器的设计和FPGA实现，包括系统架构设计、方案论证及仿真、算法实现、结果的测试等。 绪论部分首先阐明了本课题研究的背景和意义，概述了雷达数字脉冲压缩系统的主要研究内容，关键技术及其发展趋势，然后介绍了数字脉冲压缩系统设计与实现的要求，最后给出了本文的主要研究内容。 第二章叙述了线性调频信号脉冲压缩的基本原理，对系统设计的实现方法进行了实时性方面的论证，并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章从数字系统结构化设计方面将本系统划分为三个部分：输入部分、脉压计算部分、输出部分，并在流程图中对各部分所要实现的功能做了介绍。 第四章首先总结了数字脉冲压缩的实现途径；提出了基于自定制浮点数据格式和分时复用蝶型结构的数字脉冲压缩系统设计思想，对其关键技术进行了深入的研究。 第五章对输入输出模块的功能做了详细的描述，设计了具体的结构和电路。 第六章针对系统的测试验证，提出面向SOC的模块验证和系统软硬协同验证的验证策略。通过Link for Modelsim工具，实现MATAB与Modelsim之间对VHDL代码的联合仿真测试，通过在线逻辑分析工具ChipScope，完成系统的片上测试，并分析系统的性能，证明系统的可实用性。满足设计的要求。 本文研制的数字脉冲压缩处理器具有动态范围大、处理精度高、处理能力强、体积小、重量轻、实时性好的优点，为设计高性能的现代雷达信号处理系统提供了可靠的保证。
上传时间： 2013-07-01
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