现场可编程门阵列(FPGA)的发展已经有二十多年，从最初的1200门发展到了目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。现在，FPGA已广泛地应用于通信、消费类电子和车用电子类等领域，但国内市场基本上是国外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上时钟分布质量变的越来越重要，时钟延迟和时钟偏差已成为影响系统性能的重要因素。目前，为了消除FPGA芯片内的时钟延迟，减小时钟偏差，主要有利用延时锁相环(DLL)和锁相环(PLL)两种方法，而其各自又分为数字设计和模拟设计。虽然用模拟的方法实现的DLL所占用的芯片面积更小，输出时钟的精度更高，但从功耗、锁定时间、设计难易程度以及可复用性等多方面考虑，我们更愿意采用数字的方法来实现。 本论文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA为研究基础，对全数字延时锁相环(DLL)电路进行分析研究和设计，在此基础上设计出具有自主知识产权的模块电路。 本文作者在一年多的时间里，从对电路整体功能分析、逻辑电路设计、晶体管级电路设计和仿真以及最后对设计好的电路仿真分析、电路的优化等做了大量的工作，通过比较DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL，深入的分析了全数字DLL模块电路组成结构和工作原理，设计出了符合指标要求的全数字DLL模块电路，为开发自我知识产权的FPGA奠定了坚实的基础。 本文先简要介绍FPGA及其时钟管理技术的发展，然后深入分析对比了DLL和PLL两种时钟管理方法的优劣。接着详细论述了DLL模块及各部分电路的工作原理和电路的设计考虑，给出了全数字DLL整体架构设计。最后对DLL整体电路进行整体仿真分析，验证电路功能，得出应用参数。在设计中，用Verilog-XL对部分电路进行数字仿真，Spectre对进行部分电路的模拟仿真，而电路的整体仿真工具是HSIM。 本设计采用TSMC0.18μmCMOS工艺库建模，设计出的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，工作温度为-55℃～125℃，最大抖动时间为28ps，在输入100MHz时钟时的功耗为200MW，达到了国外同类产品的相应指标。最后完成了输出电路设计，可以实现时钟占空比调节，2倍频，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16时钟分频等时钟频率合成功能。
上传时间： 2013-06-10
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自20世纪90年代以来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术和通信及网络技术的发展，微机保护和测控装置的性能得到大幅提升，以此为基础的变电站自动化系统在我国的电力系统中得到长足的发展和广泛的应用。 @@ 为增加产品的市场竞争力，电力系统二次设备生产厂商紧跟市场需求，将各种具有高性价比的新型处理器芯片和外围芯片大量应用到变电站自动化系统的保护、测控装置上，如32位CPU、数字信号处理芯片DSP、高速高精度A/D转换芯片、大容量Flash存储芯片、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些功能强大的器件的应用使保护测控装置在外形上趋于小型化集成化，而在功能上则较以前有显著提升。同时，各种成熟的商用嵌入式实时操作系统的采用使处理器的性能得到充分发挥，装置通信、数据存储及处理能力更强，性能大幅提高，程序移植升级更加方便快捷。 @@ 本论文以现阶段国内外变电站自动化系统测控技术为参考，根据变电站自动化系统的发展趋势和要求，研究一种基于ARM和FPGA技术并采用嵌入式实时操作系统的高性能测控装置，并给出硬软件设计。 @@ 装置硬件采用模块化设计，按照测控装置基本功能设计插件板。分为主CPU插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控出口插件、直流采样及输出插件。除主CPU插件，其他插件的数量可以根据需要任意增减，满足不同用户的需求。 @@ 装置主CPU采用目前先进的基于ARM技术的微处理器AT91RM9200，通过数据、地址总线和其他插件板连接，构成装置的整个系统。交流采样插件采用FPGA技术，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10实现交流采样的控制，降低了CPU的负担。 @@ 软件采用Vxworks嵌入式实时操作系统，增加了系统的性能。以任务来管理不同的软件功能模块，利于装置软件的并行开发和维护。 @@关键词：测控装置；嵌入式实时操作系统；ARM；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-04-24
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焊有元件的印制电路板在线测试是印制电路板生产过程中的一个重要环节，关系着整个电子产品的质量。本文在深入研究国内外印制电路板自动测试技术的基础上，结合当前先进的电子技术，设计出一套高性能，低价位，小体积，便于携带和操作的印制电路板在线测试仪。 本文设计的在线测试仪系统包括控制器电路、信号发生电路、信号采集电路、元件测试电路、USB通信电路和开关矩阵电路等，其中控制器电路是以FPGA可编程控制芯片为核心，负责控制下位机其它所有电路的正常工作，并实现与上位机间的通信。 针对模拟元件的测试，本文首先探讨了对印制电路板上模拟元件测试时的隔离原理，继而详细阐述了电阻、电容（电感）、二极管、三极管、运算放大器等的测试方法，并分别设计了硬件测试电路。因为测试时需向被测元件施加测试激励信号，本文设计并完成了一信号发生电路，可输出幅值可调的直流恒压源信号和直流恒流源信号、幅值和频率都可调的交流信号。 针对数字器件的测试，本文将数字器件分为两种，一种为具有边界扫描功能单元的器件，另一类为非边界扫描器件，并分别对两种类型的数字器件的测试原理和方法进行了详细的描述，在文中给出了相关的硬件测试电路图。 本设计中，所有测试激励信号经测试电路后输出的测试结果都是直流电压信号，所以本文设计了一通用信号采集电路来完成对测试结果的取样。本文还设计了开关矩阵电路，用于将被测印制电路板上的元件接入到测试电路中。对通信电路的设计，本文采用USB通信方式与上位机进行有效的数据交换，并通过USB接口芯片完成了硬件电路的设计。 在软件方面，本文采用NiosⅡ C语言完成所有软件设计，以协助硬件部分来完成对印制电路板的测试工作。 本文已完成各部分电路试验及系统联调，试验证明设计达到了项目预定要求。
上传时间： 2013-08-02
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近年来，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了快速的发展，FPGA不但解决了信号处理系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且基于大规模FPGA单片系统的片上可编程系统(SOPC)的灵活设计方式使其越来越多的取代ASIC的市场。传统的通用信号处理系统使用DSP作为处理核心，系统的可重构型不强，FPGA解决了这一问题，并且现有的FPGA中，多数已集成DSP模块，结合FPGA较强的信号并行处理特性使其与DSP信号处理能力差距很小。因此，FPGA作为处理核心的通用信号处理系统具有很强的可实施性。 @@ 基于上述要求，作者设计和完成了一个基于多FPGA的通用实时信号处理系统。该系统采用4片XC3SD1800A作为处理核心，使用DDR2 SDRAM高速存储实时数据。作者通过全面的分析，设计了核心板、底板和应用板分离系统架构。该平台能够根据实际需求进行灵活的搭配，核心板之间的数据传输采用了LVDS(低电压差分信号)技术，从而使得数据能够稳定的以非常高的速率进行传输。 @@ 本系统属于高速数字电路的设计范畴，因此必须重视信号完整性的设计与分析问题，作者根据高速电路的设计惯例和软件辅助设计的方法，在分析和论证了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束的基础上，顺利地完成了PCB绘制与调试工作。 @@ 作为系统设计的重要环节，作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题，并给出了解决办法。 @@ LVDS高速数据通道接口和DDR2存储器接口设计决定本系统的使用性能，本文基于所选的FPGA芯片进行了详细的阐述和验证。并结合系统的核心板和底板，完成了应用板，视频图像采集、USB、音频、LCD和LED矩阵模块显示等接口的设计工作，对其中的部分接口进行了逻辑验证。 @@ 经过测试，该通用的信号处理平台具有实时性好、通用性强、可扩展和可重构等特点，能够满足当前一些信号处理系统对高速、实时处理的要求，可以广泛应用于实时信号处理领域。通过本平台的研究和开发工作，为进一步研究和设计通用、实时信号处理系统打下了坚实的基础。 @@关键词：通用实时信号处理；FPGA；信号完整性；DDR2；LVDS
上传时间： 2013-05-27
上传用户：qiaoyue
MPEG-2是MPEG组织在1994年为了高级工业标准的图象质量以及更高的传输率所提出的视频编码标准，其优秀性使之成为过去十年应用最为广泛的标准，也是未来十年影响力最为广泛的标准之一。 本文以MPEG-2视频标准为研究内容，建立系统级设计方案，设计FPGA原型芯片，并在FPGA系统中验证视频解码芯片的功能。最后在0.18微米工艺下实现ASIC的前端设计。完成的主要工作包括以下几个方面： 1.完成解码系统的体系结构的设计，采用了自顶而下的设计方法，实现系统的功能单元的划分；根据其视频解码的特点，确定解码器的控制方式；把视频数据分文帧内数据和帧间数据，实现两种数据的并行解码。 2.实现了具体模块的设计：根据本文研究的要求，在比特流格式器模块设计中提出了特有的解码方式；在可变长模块中的变长数据解码采用组合逻辑外加查找表的方式实现，大大减少了变长数据解码的时间；IQ、IDCT模块采用流水的设计方法，减少数据计算的时间：运动补偿模块，针对模块数据运算量大和访问帧存储器频繁的特点，采用四个插值单元同时处理，增加像素缓冲器，充分利用并行性结构等方法来加快运动补偿速度。 3.根据视频解码的参考软件，通过解码系统的仿真结果和软件结果的比较来验证模块的功能正确性。最后用FPGA开发板实现了解码系统的原型芯片验证，取得了良好的解码效果。 整个设计采用Verilog HDL语言描述，通过了现场可编程门阵列(FPGA)的原型验证，并采用SIMC0.18μm工艺单元库完成了该电路的逻辑综合。经过实际视频码流测试，本文设计可以达到MPEG-2视频主类主级的实时解码的技术要求。
上传时间： 2013-07-27
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随着数码技术的不断发展，数字图像处理的应用领域不断扩大，其实时处理技术成为研究的热点。VLSI技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA(现场可编程门阵列)的特点使其非常适用于进行一些基于像素级的图像处理。 传统的图像显示系统必须连接到PC才能观察图像视频，存在着高速实时性、稳定性问题。本设计脱离高清晰工业相机必须与PC连接才可以观看到高清晰图像的束缚，实现系统的小型化。针对130万像素彩色1/2英寸镁光CMOS图像传感器，提出用硬件实现Bayer格式到RGB格式转换的设计方案，完成由黑白图像到高清彩色图像的转换，用SDRAM作缓存，输出标准VGA信号，可直接连接VGA显示器、投影仪等设备进行实时的视频图像观看，与模拟相机740X576分辨率(480线)图像相比，设计图像画质相当于1280X1024分辨率(750线)，最高帧率25fps，整个结构应用FPGA作为主控制器，用少量的缓存代替传统的大容量存储，加快了运算速率，减小了电路规模，满足图像实时处理的要求，使展现出来的视频图像得到质的飞跃。可以广泛应用于工业控制和远程监控等领域。 论文研究的重点是采用altera公司EP2C芯片前端驱动CMOS图像传感器，实时采集Bayer图像象素，分析研究CFA图像插值算法，实现了基于FPGA的实时线性插值算法，能够对输入是每像素8bit、分辨率为1280×1204的Bayer模式图像数据进行实时重构，输出彩色RGB图像。由端口FIFO作为数据缓冲，存储一帧图像到高速SDRAM，构建VGA显示控制器，实现对输入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率为640×480、帧频25HZ彩色图像进行实时显示。 整个模块结构包括电源模块单元等、CMOS成像单元、FPGA数据处理单元、SDRAM控制单元、VGA显示接口单元。 最后，对系统进行了调试。经实验验证，系统达到了实时性，能正确和可靠的工作。整个设计模块能够满足高帧率和高清晰的实时图像处理，占用系统资源很少，用较少的时间完成了图像数据的转换，提高了效率。
上传时间： 2013-06-08
上传用户：zhengjian
现代数字信号处理对实时性提出了很高的要求，当最快的数字信号处理器(DSP)仍无法达到速度要求时，唯一的选择是增加处理器的数目，或采用客户定制的门阵列产品。随着可编程逻辑器件技术的发展，具有强大并行处理能力的现场可编程门阵列(FPGA)在成本、性能、体积等方面都显示出了优势。本文以此为背景，研究了基于FPGA的快速傅立叶变换、数字滤波、相关运算等数字信号处理算法的高效实现。 首先，针对图像声纳实时性的要求和FPGA片内资源的限制，设计了级联和并行递归两种结构的FFT处理器。文中详细讨论了利用流水线技术和并行处理技术提高FFT处理器运算速度的方法，并针对蝶形运算的特点提出了一些优化和改进措施。 其次，分析了具有相同结构的数字滤波和相关运算的特点，采用了有乘法器和无乘法器两种结构实现乘累加(MAC)运算。无乘法器结构采用分布式算法(DA)，将乘法运算转化为FPGA易于实现的查表和移位累加操作，显著提高了运算效率。此外，还对相关运算的时域多MAC方法及频域FFT方法进行了研究。 最后，完成了图像声纳预处理模块。在一片EP2S60上实现了对160路信号的接收、滤波、正交变换以及发送等处理。实验表明，本论文所有算法均达到了设计要求。
上传时间： 2013-06-09
上传用户：zgu489
为适应组合导航计算机系统的微型化、高性能度的要求，拓宽导航计算机的应用领域，本文设计出一种基于浮点型DSP(TMS320C6713)和可编程逻辑阵列器件(FPGA： EP1C12N240C8)协同合作的导航计算机系统。 论文在阐述了组合导航计算机的特点和应用要求后，提出基于DSP和FPGA的组合导航计算机系统方案。该方案以DSP为导航解算处理器，由FPGA完成IMU信号的采集和缓存以及系统控制信号的整合；DSP通过EMIF接口实现和FPGA通信。在此基础上研究了各扩展通信接口、系统硬件原理图和PCB的开发，且在FPGA中使用调用IP核来实现FIR低通滤波数据处理机抖激光陀螺的机抖振动的影响。其次，详细阐述了利用TI公司的DSP集成开发环境和DSP/BIOS准实时操作系统开发多任务系统软件的具体方案。本文引入DSP/BIOS实时操作系统提供的多任务机制，将采集处理按照功能划分四个相对独立的任务，这些任务在DSP/BIOS的调度下，按照用户指定的优先级运行，大大提高系统的工作效率。最后给了DSP芯片Bootloader的制作方法。 导航计算机系统研制开发是软、硬件研究紧密结合的过程。在微型导航计算机系统方案建立的基础上，本文首先讨论了系统硬件整体设计和软件开发流程；其次针对导航计算机系统各个功能模块以及多项关键技术进行了设计与开发工作，涉及系统数据通信模块、模拟信号采集模块和数据存储模块；最后，对导航计算机系统进行了联合调试工作，并对各个模块进行了详细的功能测试与验证，完成了微型导航计算机系统的制作。 以DSP/FPGA作为导航计算机硬件平台的捷联式惯性导航实时数据系统能够满足系统所要求的高精度、实时性、稳定性要求，适应了其高性能、低成本、低功耗的发展方向。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：lishuoshi1996
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
上传用户：lingduhanya
I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司开发的用于芯片之间连接的串行总线，以其严格的规范、卓越的性能、简便的操作和众多带I2C接口的外围器件而得到广泛的应用并受到普遍的欢迎。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用Verilog/FPGA来实现一个随机读/写的I2C接口电路，实现与外围I2C接口器件E2PROM进行数据通信，实现读、写等功能，传输速率实现为100KBps。在Modelsim6.0仿真软件环境中进行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li开发平台上进行了下载，搭建外围电路，用Agilem逻辑分析仪进行数据采集，分析测试结果。 首先，介绍了微电子设计的发展概况以及设计流程，重点介绍了HDL/FPGA的设计流程。其次，对I2C串行总线进行了介绍，重点说明了总线上的数据传输格式并对所使用的AT24C02 E2PROM存储器的读／写时序作了介绍。第三，基于Verilog _HDL设计了随机读/写的I2C接口电路、测试模块和显示电路；接口电路由同步有限状态机(FSM)来实现；测试模块首先将数据写入到AT24C02的指定地址，接着将写入的数据读出，并将两个数据显示在外围LED数码管和发光二极管上，从而直观地比较写入和输出的数据的正确性。FPGA下载芯片为Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent逻辑分析仪进行传输数据的采集，分析数据传输的时序，从而验证电路设计的正确性。最后，论文对所取得的研究成果进行了总结，并展望了下一步的工作。
上传时间： 2013-06-27
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