数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一.目前,数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域.而数字信号处理算法的硬件实现一般来讲有三种方式:用于通用目的的可编程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC;可以由用户编程的FPGA芯片.随着微电子技术的发展,采用现场可编程门阵列FPGA进行数字信号处理得到了飞速发展,FPGA正在越来越多地代替ASIC和PDSP用作前端数字信号处理的运算.该文主要探讨了基于FPGA数字信号处理的实现.首先详细阐述了数字信号处理的理论基础,重点讨论了离散傅立叶变换算法原理,由于快速傅立叶变换算法在实际中得到了广泛的应用,该文给出了基-2FFT算法原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点.该论文对硬件描述语言的描述方法和风格做了一定的探讨,介绍了硬件描述语言的开发环境MAXPLUSII.在此基础上,该论文详细阐述了数字集成系统的高层次设计方法,讨论了数字系统设计层次的划分和数字系统的自顶向下的设计方法,探讨了数字集成系统的系统级设计和寄存器传输级设计,描述了数字集成系统的高层次综合方法.最后该文描述了数字信号处理系统结构的实现方法,指出常见的高速、实时信号处理系统的四种结构;由于FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位,所以该文提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想,给出了总体实现框图;重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元,采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器,从而提高了蝶形处理器的运算速度,降低了运算复杂度.
上传时间： 2013-07-19
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加密算法一直在信息安全领域起着极其重要的作用,它直接影响着国家的安全和发展.随着计算机技术的飞速发展,原有的数据加密标准(DES)已不能满足人们的保密要求.在未来的20年内,高级数据加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.在不对原有应用系统作大的改动的情况下,3-DES算法有了很大的生存空间.该文介绍了DES和3-DES算法的概要,给出了一种电路实现模型,并基于XILINX公司的FPGA器件设计了IP核,介绍了I P核设计中主要模块的设计方法.最后对该IP核进行了分析,给出它的性能参数.该课题系统地论述了基3-DES算法的密码IP核设计全过程.文章首先阐述了该设计的课题背景,给出了使用VHDL方法设计密码电路的特点和研究思路和特点,然后对IP核的设计环境和密码算法进行了介绍.在此基础上,详细讨论了3-DES算法的密码芯片设计方法和各个电路模块实现的结构图,包括算法电路、译码电路、接口电路和控制模块电路等.通过对各个模块设计的介绍,阐明了使用VHDL语言设计专用集成电路的原理和特点.
上传时间： 2013-04-24
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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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ISO和ITU-T制定的一系列视频编码国际标准的推出，开创了视频通信和存储应用的新纪元。从H.261视频编码建议，到H.262/3、MPEG-1/2/4等都有一个共同的不断追求的目标，即在尽可能低的码率(或存储容量)下获得尽可能好的图像质量。 本课题的研究建立在目前主流的压缩算法的基础上，综合出各种标准中实现途径的共性和优势，将算法的主体移植于FPGA(FieldProgrammableGateArray)平台上。凭借该种类嵌入式系统配置灵活、资源丰富的特点，建立一个可重构的内核处理模块。进一步的完善算法(运算速度、精度)和外围系统后，就可作为专用视频压缩编码器进行门级电路设计的原型，构建一个片上可编程的独立系统。 编码器设计有良好的应用前景，通过使用离散余弦变换和熵编码，对运动图像从空间上进行压缩编码，使得编码后的数据流适合于传输、通信、存储和编辑等方面的要求。同时，系统的设计将解码的工作量大幅度降低，功能模块在作适当的改动后可为解码器的参考设计使用。 研究所涉及的各功能模块都进行了系统性的仿真和综合，满足工程样机的前期研发需要。
上传时间： 2013-04-24
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本文结合工程需要详细论述了一种数字相位计的实现方法，该方法是基于FPGA(现场可编程门阵列)芯片运用FFT(快速傅立叶变换)算法完成的。首先，从相位测量的原理出发，分析了传统相位计的缺点，给出了一种高可靠性的相位检测实用算法，其算法核心是对采集信号进行FFT变换，通过频谱分析，实现对参考信号和测量信号初相位的检测，并同时阐述了FPGA在实现数字相位计核心FFT算法中的优势。在优化的硬件结构中，利用多个乘法器并行运算的方式加快了蝶形运算单元的运算速度；内置双端口RAM、旋转因子ROM使数据存储的速度得到提高；采用了流水线的工作方式使数据的存储、运算在时间上达到匹配。整个设计采用VHDL(超高速硬件描述语言)语言作为系统内部硬件结构的描述手段，在Altera的QuartusⅡ软件支持下完成。仿真结果表明，基于FPGA实现的FFT算法无论在速度和精度上都满足了相位测量的需要，其运算64点数据仅需27.5us，最大误差在1％之内。
上传时间： 2013-05-16
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随着空间科学任务的增加,需要处理的空间科学数据量激增,要求建立一个高速的空间数据连接网络.高速复接器作为空间飞行器星上网络的关键设备,其性能对整个空间数据网络的性能起着重要影响.该文阐述了利用先入先出存储器FIFO进行异步速率调整,应用VHDL语言和可编程门阵列FPGA技术,对多个信号源数据进行数据打包、信道选通调度和多路复接的方法.设计中,用VHDL语言对高速复接器进行行为级建模,为了验证这个模型,首先使用软件进行仿真,通过编写testbench程序模拟FIFO的动作特点,对程序输入信号进行仿真,在软件逻辑仿真取得预期结果后,继续设计硬件电路,设计出的实际电路实现了将来自两个不同速率的信源数据(1394总线数据和1553B总线数据)复接成一路符合CCSDS协议的位流业务数据.在实验调试中对FPGA的输出数据进行检验,同时对设计方法进行验证.验证结果完全符合设计目标.应用硬件可编程逻辑芯片FPGA设计高速复接器,大幅度提高了数据的复接速率,可应用于未来的星载高速数据系统中,能够完成在轨系统的数据复接任务.
上传时间： 2013-07-17
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边界扫描技术是一种应用于数字集成电路器件的标准化可测试性设计方法，它提供了对电路板上元件的功能、互连及相互间影响进行测试的一种新方案，极大地方便了系统电路的测试。本文基于IEEE 1149.1标准剖析了JTAG边界扫描测试的精髓，分析了其组成，功能与时序控制等关键技术。 应用在FPGA芯片中的边界扫描电路侧重于电路板级测试，兼顾芯片功能测试，同时提供JTAG下载方式。针对在FPGA芯片中的应用特点，设计了一种边界扫描电路，应用于自行设计的FPGA结构之中。除了基本的测试功能外，加入了对FPGA芯片进行配置、回读以及用户自定义测试等功能。 通过仿真验证，所设计的边界扫描电路可实现FPGA芯片的测试、配置和回读等功能，并符合IEEE 11491.1边界扫描标准的规定，达到设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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无人机大气数据的采集和处理在无人机中占有很重要的位置和作用，它是保障飞机安全飞行以及保证地面控制和操纵人员正确引导飞机、顺利完成飞行任务的关键所在。在目前广泛应用的无人机大气数据测量系统中，多数采用单片机作为大气数据处理计算机，但是单片机在高速数据采集和处理方面却存在着抗干扰性差、速度慢等缺点，使测量系统的稳定性和实时性受到了很大的影响。 本文采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片作为大气数据处理器，以大气数据中的气压高度为例，介绍了一种基于FPGA技术的无人机气压高度测量系统。由于该测量系统中的FPGA数据处理器具有可靠性高、速度快、逻辑功能强等特点，有效地解决了单片机在高速无人机大气数据测量系统中处理速度较慢、实时性较差的问题。 论文首先介绍了FPGA的基本结构、工作原理、开发设计流程和FPGA编程所采用的VHDL硬件描述语言，还介绍了数字式大气数据测量系统的基本组成和工作原理，并且详细阐述了气压高度测量的原理和方法；然后提出了基于FPGA的无人机气压高度测量系统的整体设计，并对该测量系统各组成部分的硬件电路进行详细的分析和设计；随后论文又介绍了气压高度测量系统中FPGA的相关软件设计，并就FPGA内部所设计的各功能模块的作用、模块内部结构和工作流程进行详细的论述；最后使用Modelsim和QuartusII仿真软件对程序进行功能和时序的仿真，以验证FPGA内部各功能模块和FPGA总体设计的正确性，并在所有仿真通过后将程序产生的配置文件下载到FPGA芯片中，在制作和安装测量系统的电路板后对整个测量系统进行实际的测试，将测试结果与理论值比较并分析测量系统的误差来源。 根据系统测试的结果，本文验证了以FPGA芯片为核心的无人机气压高度测量系统的可行性，并对该测量系统提出了今后的进一步改进和完善的思路。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，人们对无线数据和多媒体业务的需求迅猛增加，促进了宽带无线通信新技术的发展和应用。正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技术已经广泛应用于各种高速宽带无线通信系统中。然而 OFDM 系统相比单载波系统更容易受到频偏和时偏的影响，因此如何有效地消除频偏和时偏，实现系统的时频同步是 OFDM 系统中非常关键的技术。 本文讨论了非同步对 OFDM 系统的影响，分析了当前用于 OFDM 系统中基于数据符号的同步算法，并简单介绍非基于数据符号同步技术。基于数据符号的同步技术通过加入训练符号或导频等附加信息，并利用导频或训练符号的相关性实现时频同步。此算法由于加入了附加信息，降低了带宽利用率，但同步精度相对较高，同步捕获时间较短。 随着电子芯片技术的快速发展，电子设计自动化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技术和可编程逻辑芯片 (FPGA/CPLD) 的应用越来越受到大家的重视，为此文中对 EDA 技术和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和结构特点进行了阐述，还介绍了在相关软件平台进行开发的系统流程。 论文在对基于数据符号三种算法进行较详细的分析和研究的基础上，尤其改进了基于导频符号的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平台上实现了 OFDM 同步的硬件设计，然后进行了软件仿真。其中对基于导频符号同步的改进算法硬件设计过程了进行了详细阐述。不仅如此，对于基于 PN 序列帧的同步算法和基于循环前缀 (Cycle Prefix，CP) 的极大似然 (Maximam Likelihood,ML)估计同步算法也有具体的仿真实现。 最后，文章还对它们进行了比较，基于导频符号同步设计的同步精度比较高，但是耗费芯片的资源多，另一个缺点是没有频偏估计，因此运用受到一定限制。基于 PN 序列帧的同步设计使用了最少的芯片资源，但要提取 PN 序列中的信号数据有一定困难。基于循环前缀的同步设计占用了芯片 I/O 脚稍显多。这几种同步算法各有优缺点，但可以根据不同的信道环境选用它们。
上传时间： 2013-04-24
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三维彩色信息获取系统目的是获取对象的三维空间坐标和颜色信息。它是计算机视觉研究的重要内容，也是当前信息科学研究中的一个重要热点。 本文首先介绍了三维信息获取技术的意义和实时可重构三维激光彩色信息获取系统总体方案。该方案合理划分了系统的图像处理任务，充分地利用了拥有的硬、软件资源。阐述了基于FPGA处理器的硬件系统结构及其工作原理和系统工作时序。 本文还研究了图像处理系统中的数字逻辑设计，总结出了较完整、规范化的设计流程和方法，介绍了从图像处理算法到可编程逻辑器件的规范化映射方法，总结了在视频系统中的高级设计技巧，包括并行流水线技术和循环结构的硬件实现方式等。 为了说明提出的设计方法，本文分析了基于自适应阈值的结构光条纹中心的方向模板快速检测算法的硬件实现。该算法是把自适应阈值法与可变方向模板法相结合，具有稳定性好、精度高、计算简单、数据存储量小、实现速度快的特点，此外，该方法有利于硬件快速实现。实践证明这种方法是实用的、有效的。 本文的重点在于研制了具有完全自主知识产权的实时可重构三维激光彩色信息获取系统中视频图像处理专用集成电路。该集成电路是实现系统快速算法的核心，使用现场可编程器FPGA器件EPlK50实现提取激光线、提取人头轮廓线和提取中心颜色线算法；该集成电路还要实现系统所需的控制逻辑。控制部分包括将视频采集输出端口信号转化为RGB真彩色信号的数据锁存模块、各FIFO缓存器的输入输出控制模块和系统需要的其它信号控制模块。提出提取轮廓线快速算法，即由FPGA处理器与主机交互式共同快速完成提取人头正侧影轮廓线算法。该专用集成电路研制是整个实时可重构三维激光彩色信息获取系统实现的关键。
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上传时间： 2013-07-23
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