可编程逻辑芯片特别是现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)芯片的快速发展，使得新的芯片能够根据具体应用动态地调整结构以获得更好的性能，这类芯片称为动态可重构FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用这类芯片构建的可重构系统在实际应用前还有许多问题需要解决。一个基本的问题就是动态可重构FPGA芯片中的可重构功能单元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模块布局问题和模块间的布线问题。 本文从基本的FPGA芯片结构和CAD算法谈起，介绍了可重构计算的概念，建立了可重构计算系统模型和动态可重构FPGA芯片模型，在此模型上提出一个基于划分和时延驱动的在线布局算法，和一个基于Pathfinder协商拥塞算法的布线算法，来解决动态可重构FPGA芯片的布局和布线问题。由硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)描述的电路首先被划分成有限数目的层，然后将这些电路层布局到芯片的每一层，同时确保关键路径的时延最小。实验结果表明，布局算法与传统的布局算法(或者文献[37]中的算法)相比，在时延上平均减少27％，在线长上平均减少34％(或者11％)，在运行时间上平均减少42％(或者97％)。布线算法与传统的布线算法相比，能够将线长降低26％，将水平通道宽度降低27％，显示出较高的性能。
上传时间： 2013-05-24
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GPS（全球定位系统）是美国建立的高精度卫星定位导航系统，高动态GPS接收机可应用于卫星、飞机、高速列车等许多场合。高动态给GPS信号带来很大的多普勒频移和多普勒频移变化率，普通民用接收机无法正常工作。适用于高动态条件的接收机可以有效消除多普勒频移及其变化率对信号接收的影响，提高导航定位精度。 本文在深入研究GPS的系统组成、工作原理以及信号格式的基础上，重点研究高动态条件下C/A码和载波的捕获与跟踪方案。论文的主要工作如下： 1．深入研究扩频信号的各种捕获算法，提出了一种适用于高动态的基于FFT的C/A码快速捕获算法； 2．研究扩频码跟踪和载波跟踪技术，设计了载波辅助的码跟踪环路——数字延迟锁定环（DLL）及一种叉积自动频率跟踪环（CPAFC）与科斯塔斯（Costas）环相结合的载波跟踪方案，并在MATLAB环境下建立系统模型，对环路参数进行了详细的设计； 3．初步完成了GPS接收机基带处理模块核心单元的FPGA设计和功能仿真。
上传时间： 2013-07-10
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随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，尤其是现场可编程器件的出现，为满足实时处理系统的要求，诞生了一种新颖灵活的技术——可重构技术。它采用实时电路重构技术，在运行时根据需要，动态改变系统的电路结构，从而使系统既有硬件优化所能达到的高速度和高效率，又能像软件那样灵活可变，易于升级，从而形成可重构系统。可重构系统的关键在于电路结构可以动态改变，这就需要有合适的可编程逻辑器件作为系统的核心部件来实现这一功能。 论文利用可重构技术和“FD-ARM7TDMLCSOC”实验板的可编程资源实现了一个8位微程序控制的“实验CPU”，将“实验CPU”与实验板上的ARMCPU构成双内核CPU系统，并对双内核CPU系统的工作方式和体系结构进行了初步研究。 首先，文章研究了8位微程序控制CPU的开发实现。通过设计实验CPU的系统逻辑图，来确定该CPU的指令系统，并给出指令的执行流程以及指令编码。“实验CPU”采用的是微程序控制器的方式来进行控制，因此进行了微程序控制器的设计，即微指令编码的设计和微程序编码的设计。为利用可编程资源实现该“实验CPU”，需对“实验CPU”进行VHDL描述。 其次，文章进行了“实验CPU”综合下载与开发。文章中使用“Synplicity733”作为综合工具和“Fastchip3.0”作为开发工具。将“实验CPU”的VHDL描述进行综合以及下载，与实验箱上的ARMCPU构成双内核CPU，实现了基于可重构技术的双内核CPU的系统。根据实验板的具体环境，文章对双内核CPU系统存在的关键问题，如“实验CPU”的内存读写问题、微程序控制器的实现，以及“实验CPU'’框架等进行了改进，并通过在开发工具中添加控制模块和驱动程序来实现系统工作方式的控制。 最后，文章对双核CPU系统进行了功能分析。经分析，该系统中两个CPU内核均可正常运行指令、执行任务。利用实验板上的ARMCPU监视用“实验CPU”的工作情况，如模拟“实验CPU”的内存，实现机器码运行，通过串行口发送的指令来完成单步运行、连续运行、停止、“实验CPU"指令文件传送、“实验CPU"内存修改、内存察看等工作，所有结果可显示在超级终端上。该系统通过利用ARMCPU来监控可重构CPU，研究双核CPU之间的通信，尝试新的体系结构。
上传时间： 2013-04-24
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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
上传用户：shinesyh
FPGA作为近年来集成电路发展中最快的分支之一，有关它的研究和应用得到了迅速的发展。传统的FPGA采用静态配置的方法，所以在它的应用生命周期中，它的功能就不能够再改变，除非重新配置。动态重配置系统在系统工作的过程中改变FPGA的结构，包括全局重配置和局部重配置。其中的局部动态重配置系统有着ASIC以及静态配置FPGA无法比拟的优势。而随着支持局部位流配置以及动态配置的商用FPGA的推出，使对局部动态重配置系统和应用的研究有了最基本的硬件支撑条件。而Internet作为无比强大的网络已经渗入到各种应用领域之中。 本文首先提出了一个完整的基于Internet的FPGA局部动态可重配置系统的方案。然后针对方案的各个组成部分，分别进行了描述。首先是介绍了FPGA的基本概况，包括它的发展历史、结构、应用领域、发展趋势等。然后介绍了对一个包含局部动态重配置模块的FPGA系统的设计过程，包括重配置模块的定义、设计的流程、局部位流的产生等。接下来对．FPGA的配置方法以及配置解决方案进行描述，包括几种可选择的配置模式，其中有一些适用于静态配置，另外一些可以用于动态局部配置，．以及作为一个系统的配置解决方案。最后系统要求从Internet服务器上下载重配置模块的位流并且完成对FPGA的配置，根据这个要求，我们设计了相应的嵌入式解决方案，包括如何设计一个基于VxWorks的嵌入式应用软件实现FTP功能，并说明如何通过JTAGG或者ICAP接口由嵌入式CPU完成对FPGA的局部配置。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：william345
本文进行了基于FPGA的GPS直序伪码扩频接收机的设计和数字化硬件实现。论文首先对GPS卫星导航定位系统进行了分析，并对与数字化接收机直接相关联的GPS信号中频部分结合实际系统要求进行了设计和分析，由此确定了数字化伪码捕获跟踪接收机研制的具体要求，之后完成了接收机中频数字化方案设计。同时对伪码捕获跟踪后端的载波捕获跟踪的实现方案进行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上实现了GPS数字化接收机的伪码捕获跟踪。 受工作环境的制约，GPS卫星接收机系统首先表现为功率受限系统，接收机必须满足在低信噪比条件下工作。同时接收机与卫星间高动态产生的多普勒频率，给接收机实现快速捕获带来了难度。通过仿真分析，综合了实现难度和性能两方面因素，针对小信噪比工作条件提出了改进型的序贯伪码捕获实施方案。同时按照捕获概率和时间的要求，对接收机偏压、上、下门限、NCO增益等进行了设计和仿真分析，确定了捕获的数字化实现方案，伪码跟踪采用超前滞后环方案。捕获完成后可使本地伪码与接收伪码的相对误差保持在±1/4码元范围内，而跟踪环路的跟踪范围为±4/3码元，保证了捕获到跟踪的可靠衔接，同时采用可变环路带宽措施解决了跟踪速度和精度的矛盾。 在数字化实现设计中，给出了详细的数字化实现方案和分析，这样在保证工作精度的同时尽量减少硬件资源的开销，利用EDA工具，采用Veilog设计语言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成数字化接收机伪码捕获跟踪的实现，并在其开发平台上对数字化接收机进行了仿真验证，在给定的工作条件下达到了设计性能和指标要求。
上传时间： 2013-04-24
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JPEG是联合图像专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写，是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图像压缩编码标准。JPEG的基于DCT变换有损压缩具有高压缩比特点，被广泛应用在数据量极大的多媒体以及带宽资源宝贵的网络程序中。 动态图像的JPEG编解码处理要求图像恢复质量高、实时性强，本课题就是针对这两个方面的要求展开的研究。该系统由图像编码服务器端和图像解码客户端组成。其中，服务器端实时采集摄像头传送的动态图像，进行JPEG编码，通过网络传送码流到客户端；客户端接收码流，经过JPEG解码，恢复出原始图像送VGA显示。设计结果完全达到了实时性的要求。 本文从系统实现的角度出发，首先分析了系统开发平台，介绍FPGA的结构特点以及它的设计流程和指导原则；然后从JPEG图像压缩技术发展的历程出发，分析JPEG标准实现高压缩比高质量图像处理的原理；针对FPGA在算法实现上的特点，以及JPEG算法处理的原理，按照编码和解码顺序，研究设计了基于改进的DA算法的FDCT和IDCT变换，以及按发生频率进行优化的霍夫曼查找表结构，并且从系统整体上对JPEG编解码进行简化，以提高系统的处理性能。最后，通过分析Nios嵌入式微处理器可定制特性，根据SOPC Builder中Avalon总线的要求，把图像采集，JPEG图像压缩和网络传输转变成用户自定义模块，在SOPC Builder下把用户自定义模块添加到系统中，由Nios嵌入式软核的控制下运行，在FPGA芯片上实现整个JPEG实时图像编解码系统(soc)。 在FPGA上实现硬件模块化的JPEG算法，具有造价低功耗低，性能稳定，图像恢复后质量高等优点，适用于精度要求高且需要对图像进行逐帧处理的远程微小目标识别和跟踪系统中以及广电系统中前期的非线性编辑工作以及数字电影的动画特技制作，对降低成本和提高图像处理速度两方面都有非常重大的现实意义。通过在FPGA上实现JPEG编解码，进一步探索FPGA在数字图像处理上的优势所在，深入了解进行此类硬件模块设计的技术特点，是本课题的重要学术意义所在。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：shangdafreya
在数字电视系统中，MPEG-2编码复用器是系统传输的核心环节，所有的节目、数据以及各种增值服务都是通过复用打包成传输流传输出去。目前，只有少数公司掌握复用器的核心算法技术，能够采用MPEG-2可变码率统计复用方法提高带宽利用率，保证高质量图像传输。由于目前正处广播电视全面向数字化过渡期间，市场潜力巨大，因此对复用器的研究开发非常重要。本文针对复用器及其接口技术进行研究并设计出成形产品。 文中首先对MPEG-2标准及NIOS Ⅱ软核进行分析。重点研究了复用器中的部分关键技术：PSI信息提取及重构算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校验算法，给出了实现方法，并通过了硬件验证。然后对复用器中主要用到的AsI接口和DS3接口进行了分析与研究，给出了设计方法，并通过了硬件验证。 本文的主要工作如下： ●首先对复用器整体功能进行详细分析，并划分软硬件各自需要完成的功能。给出复用器的整体方案以及ASI接口和DS3接口设计方案。 ●在FPGA上采用c语言实现了PSI信息提取与重构算法。 ●给出了实现快速的PID映射方法，并根据FPGA特点给出一种新的PID映射方法，减少了逻辑资源的使用，提高了稳定性。 ●采用Verilog设计了SI信息提取与重构的硬件平台，并用c语言实现了SDT表的提取与重构算法，在FPGA中成功实现了动态分配内存空间。 ●在FPGA上实现了．ASI接口，主要分析了位同步的实现过程，实现了一种新的快速实现字节同步的设计。 ●在FPGA上实现了DS3接口，提出并实现了一种兼容式DS3接口设计。并对帧同步设计进行改进。 ●完成部分PCB版图设计，并进行调试监测。 本复用器设计最大特点是将软件设计和硬件设计进行合理划分，硬件平台及接口采用Verilog语言实现，PSI信息算法主要采用c语言实现。这种软硬件的划分使系统设计更加灵活，且软件设计与硬件设计可同时进行，极大的提高了工作效率。 整个项目设计采用verilog和c两种语言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE两种设计平台下设计实现。根据此方案已经开发出两台带有ASI和DS3接口的数字电视TS流复用器，经测试达到了预期的性能和技术指标。
上传时间： 2013-06-10
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在工业控制领域，多种现场总线标准共存的局面从客观上促进了工业以太网技术的迅速发展，国际上已经出现了HSE、Profinet、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、Ethernet Powerlink、EtherCAT等多种工业以太网协议。将传统的商用以太网应用于工业控制系统的现场设备层的最大障碍是以太网的非实时性，而实现现场设备间的高精度时钟同步是保证以太网高实时性的前提和基础。 IEEE 1588定义了一个能够在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时间协议(Precision Time Protocol)。PTP协议集成了网络通讯、局部计算和分布式对象等多项技术，适用于所有通过支持多播的局域网进行通讯的分布式系统，特别适合于以太网，但不局限于以太网。PTP协议能够使异质系统中各类不同精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，占用最少的网络和局部计算资源，在最好情况下能达到系统级的亚微级的同步精度。 基于PC机软件的时钟同步方法，如NTP协议，由于其实现机理的限制，其同步精度最好只能达到毫秒级；基于嵌入式软件的时钟同步方法，将时钟同步模块放在操作系统的驱动层，其同步精度能够达到微秒级。现场设备间微秒级的同步精度虽然已经能满足大多数工业控制系统对设备时钟同步的要求，但是对于运动控制等需求高精度定时的系统来说，这仍然不够。基于嵌入式软件的时钟同步方法受限于操作系统中断响应延迟时间不一致、晶振频率漂移等因素，很难达到亚微秒级的同步精度。 本文设计并实现了一种基于FPGA的时钟同步方法，以IEEE 1588作为时钟同步协议，以Ethernet作为底层通讯网络，以嵌入式软件形式实现TCP/IP通讯，以数字电路形式实现时钟同步模块。这种方法充分利用了FPGA的特点，通过准确捕获报文时间戳和动态补偿晶振频率漂移等手段，相对于嵌入式软件时钟同步方法实现了更高精度的时钟同步，并通过实验验证了在以集线器互连的10Mbps以太网上能够达到亚微秒级的同步精度。
上传时间： 2013-07-28
上传用户：heart520beat
近年来，计算机图形学应用越来越广泛，尤其是三维(3D)绘图。3D绘图使用3D模型和各种影像处理产生具有三维空间真实感的影像，应用于虚拟真实情况以及多媒体的产品上，且多半是使用低成本的实时3D计算机绘图技术为基础。在初期3D图形学刚起步时，由于图形简单，因此可以利用CPU来运算，但随着图形学技术的发展，所要绘制的图形越来越复杂，这时如果单纯依赖CPU来处理，不能达到实时的要求，因此需要专门的硬件来加速图形处理，GPU(图形处理单元)因此出现了。不过由于3D图形加速硬件的复杂性和短寿命，这极大地提高了对硬件开发环境的需要。为了更好的对设计进行更改和测试，不能仅仅用专门定制的方法来设计，需要其他的方：硬件描述语言(HDL)和FPGA。 随着计算机绘图规模的需要，借助辅助硬件资源，来提高图形处理单元(GPU)处理速度的需求越来越普遍。自从15年前现场可编程门阵列(FPGA)开始出现以来，其在可编程硬件领域所起的作用越来越大。它们在速度、体积和速度方面都有了很大的提高。这意味着FPGA在以前只能使用专用硬件的场合越来越重要。其中一个应用领域就是3D图形渲染，在这个研究领域里人们正在利用具有可编程性能的FPGA来帮助改进图形处理单元(GPU)的性能。 能够在廉价、可动态重新配置的FPGA上实现复杂算法来辅助硬件设计。本文的设计就是通过在FPGA上实现3维图形几何处理管线部分功能来提高图形处理速度。具体实现中使用硬件描述语言(Verilog HDL)进行逻辑设计，并发现问题解决问题。 本文主要特色如下： 1.针对几何变换换子系统，提出一种硬件实现方案，该方案能对基本的几何变换如：平移、缩放、旋转和投影进行操作。首先构造出总体变换矩阵，随后进行矩阵乘法运算，再进行投影变换，最后输出变换座标。提出一种脉动阵列结构，用于两个矩阵的乘法运算。找到一种快捷的方法来实现矩阵相乘，将能大大提高系统的效率。 2.对于3D图形裁剪，文中描述了一种裁剪引擎，它能够处理3D图形中的裁剪、透视除法以及视口映射的功能。硬件实现的难度取决于裁剪算法的复杂程度。我们在Sutherland-Hodgman裁剪算法的基础上提出一种新的裁剪算法，该算法通过去除冗余顶点以提高处理速度，同时利用编码来判断线段可见性的方法使得硬件实现变得很容易。 3.最后，我们在FPGA上实现了几何变换以及三维裁剪，并与C语言的模拟结果对比发现结果正确，且三维裁剪能够以3M个三角形/s的速度运行，满足了图形流水中的实时性要求。
上传时间： 2013-04-24
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