现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可编程逻辑器件的一种，它的出现是随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中。现在，FPGA已广泛地运用于通信领域、消费类电子和车用电子。 本文中涉及的I/O端口模块是FPGA中最主要的几个大模块之一，它的主要作用是提供封装引脚到CLB之间的接口，将外部信号引入FPGA内部进行逻辑功能的实现并把结果输出给外部电路，并且根据需要可以进行配置来支持多种不同的接口标准。FPGA允许使用者通过不同编程来配置实现各种逻辑功能，在IO端口中它可以通过选择配置方式来兼容不同信号标准的I/O缓冲器电路。总体而言，可选的I/O资源的特性包括：IO标准的选择、输出驱动能力的编程控制、摆率选择、输入延迟和维持时间控制等。 本文是关于FPGA中多标准兼容可编程输入输出电路(Input/Output Block)的设计和实现，该课题是成都华微电子系统有限公司FPGA大项目中的一子项，目的为在更新的工艺水平上设计出能够兼容单端标准的I/O电路模块；同时针对以前设计的I/O模块不支持双端标准的缺点，要求新的电路模块中扩展出双端标准的部分。文中以低压双端差分标准(LVDS)为代表构建双端标准收发转换电路，与单端标准比较，LVDS具有很多优点： (1)LVDS传输的信号摆幅小，从而功耗低，一般差分线上电流不超过4mA，负载阻抗为100Ω。这一特征使它适合做并行数据传输。 (2)LVDS信号摆幅小，从而使得该结构可以在2.5V的低电压下工作。 (3)LVDS输入单端信号电压可以从0V到2.4V变化，单端信号摆幅为400mV，这样允许输入共模电压从0.2V到2.2V范围内变化，也就是说LVDS允许收发两端地电势有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工艺，辅助Xilinx公司FPGA开发软件ISE，设计完成了可以用于Virtex系列各低端型号FPGA的IOB结构，它有灵活的可配置性和出色的适应能力，能支持大量的I/O标准，其中包括单端标准，也包括双端标准如LVDS等。它具有适应性的优点、可选的特性和考虑到被文件描述的硬件结构特征，这些特点可以改进和简化系统级的设计，为最终的产品设计和生产打下基础。设计中对包括20种IO标准在内的各电器参数按照用户手册描述进行仿真验证，性能参数已达到预期标准。
上传时间： 2013-05-15
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现代电子系统中，FIR数字滤波器作为数字信号处理技术的重要组成部分，以其良好的线性特性在许多领域内被广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。 随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展，越来越多的人开始应用FPGA实现FIR滤波器，既保证了信号处理的实时性，又可兼顾灵活性的要求。但是普遍存在的问题是不能根据被滤波信号特点动态调整滤波器的滤波系数，只能完成单一特性的滤波工作。 本文将FPGA的快速性和计算机的灵活性通过USB2.0总线有机地结合起来，设计了一个基于FPGA的可调参数FIR滤波系统。此系统由计算机根据各种滤波器指标计算出滤波参数，通过USB2.0对FPGA芯片内部的FIR多阶滤波器进行参数配置，实现数字滤波器参数可调；配置后的FPGA滤波单元完成对A/D采集的信号进行滤波运算，滤波后的数据经过缓存后通过USB2.0总线传输至计算机进行显示、分析和储存等进一步处理。在系统中采用有限状态机对FPGA参数配置模式和滤波模式进行切换，保证了系统的有序运行。 本文通过性能测试和应用实例对系统进行验证。实验证明：该基于FPGA的可调参数FIR滤波系统参数配置方便，可以根据实际需要动态调整滤波参数，并且滤波效果良好，可有效滤除噪声信号。
上传时间： 2013-07-26
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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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随着集成电路技术的飞速发展，芯片的规模越来越大，集成度越来越高，工作频率越来越快，但是芯片的设计能力却面临巨大的挑战。而IP核的重用则是解决当今芯片设计所面临问题的最有效的解决方法。 MDIO接口模块为以太网接口芯片中MAC层对PHY器件的控制管理接口。随着以太网技术的快速发展以及MAC应用越来越广泛，MDIO接口模块的应用也越来越多，因此将MDIO接口模块设计成可重用的IP核对于以各种太网接口集成芯片的设计具有很重要的作用。 本文详细描述了MDIO接口模块IP核的设计，介绍了该IP核的系统结构以及各个子模块的详细设计方法，对此IP核进行了仿真验证，最后进行了FPGA测试，功能和性能达到了要求，最终通过了IP审核流程并且已成功应用于企业的以太网接口芯片中。
上传时间： 2013-06-20
上传用户：lishuoshi1996
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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我国是世界上设施农业面积最大的国家，设施面积占世界总面积的70-80％。目前国内设施温室应用的主要环境参数采控系统大多为进口产品，这些产品技术含量高，采控效果好，但相对价格较高，通常适用于现代化的大型或高档连栋温室。少数国产品牌无论技术水平还是采控效果均不甚理想，尤其缺少能够适用于我国常见的中小型日光温室的低成本智能采集控制装置。本文基于国家高技术研究发展计划(863计划)课题“设施农业精准生产技术系统构建与应用”，对设施温室环境和生物信息数据采集、传输、备份、调控问题进行了研究。 论文分析了目前国内中小型日光温室环境监控需求，提出并实现了一套网络型设施农业日光温室智能控制系统从硬件到软件的完整方案。主要研究工作如下： (1) 开发了面向常用环境信息传感器和生物信息传感器的数据采集模块，该数据采集模块具有可定制、可扩展的特点。 (2) 开发了基于CF卡的数据备份及存储模块，为实现现场数据的大容量存储和本地化自主控制提供了基础。 (3) 构建了传感器数据的局域传输网络和以太网络接口，满足了节点环境参数及视频信息宽带传输与温室集中监控的需要。 (4) 开发了面向中小型日光温室的可扩展核心设备管理模块，实现了在决策服务器支持下的环境参数本地自主调控。 (5) 移植了嵌入式操作系统、开发了设备驱动程序，使用户可以灵活方便地调用板载设备进行系统的二次定制开发。 (6) 对系统软件、硬件进行了模拟调试和现场实验，验证了系统在设施温室环境采控中的各项功能。 论文结构如下：首先分析了课题的研究背景、意义、研究现状和相应关键技术；然后在温室控制的需求分析上提出了智能控制系统的方案；接着给出了智能PAC系统子/主节点的硬件设计及实现，给出了基于U-BOOT与uClinux的智能PAC系统软件设计和驱动开发；其次设计了实验平台对智能PAC系统进行仿真调试和现场实验。论文最后展望了我国设施农业温室环境监控的发展。 现场实验表明，该智能PAC系统解决了日光温室环境和生物信息数据采集、传输、备份问题，并且具有可定制化、可编程、运行稳定可靠的特点，达到了预期的设计要求。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：qw12
PCI(Peripheral Component Interconnect)总线以其高性能、低成本、开放性、独立于处理器、软件透明等众多优点成为当今最流行的计算机局部总线。在嵌入式系统领域中，许多IP都是基于PCI总线设计的。本文阐述一种以ARM9作为CPU的嵌入式系统的PCI北桥设计与验证。 首先介绍基于ARM的嵌入式系统结构，并深入研究PCI2.2总线行为规范。在此基础上提出一种基于ARM处理器的PCI总线北桥的设计方案，整个设计主要分为主设备接口模块，目标设备接口模块，配置寄存器模块和集成总线仲裁器三大部分。对于主设备接口模块和目标设备接口模块，论文主要从数据通路和控制路径的实现两方面进行阐述。对于集成的总线仲裁器，设计采用两优先级的循环优先算法，通过一组设备编号寄存器实现了PCI总线上的仲裁，此外，论文对跨时钟域的信号同步和PCI配置寄存器也作了较为详细的描述，最终采用自顶向下的方法实现了整个设计。 在验证部分，引入了基于平台的验证思路，通过搭建验证平台，可以高效地实现验证。论文重点讨论了验证平台的搭建和行为模型的建立，并介绍了一种命令总线，通过打包各个验证点控制验证流程。此外，为提高验证的自动化程度，论文对验证所使用的脚本也进行了描述。通过此验证平台和脚本，提高了整个验证系统的可移植性和可重用性。 论文最终完成了PCI北桥的RTL级的功能描述，并使用仿真软件完成对设计的仿真验证。设计通过验证并成功实现在基于ARM的集成处理器，达到预定的功能设计要求，并具有良好的性能，最后对后续开发进行了探讨。
上传时间： 2013-05-22
上传用户：uuuuuuu
随着集成电路技术的飞速发展，芯片的规模越来越大，集成度越来越高，工作频率越来越快，但是芯片的设计能力却面临巨大的挑战。而IP核的重用则是解决当今芯片设计所面临问题的最有效的解决方法。 MDIO接口模块为以太网接口芯片中MAC层对PHY器件的控制管理接口。随着以太网技术的快速发展以及MAC应用越来越广泛，MDIO接口模块的应用也越来越多，因此将MDIO接口模块设计成可重用的IP核对于以各种太网接口集成芯片的设计具有很重要的作用。 本文详细描述了MDIO接口模块IP核的设计，介绍了该IP核的系统结构以及各个子模块的详细设计方法，对此IP核进行了仿真验证，最后进行了FPGA测试，功能和性能达到了要求，最终通过了IP审核流程并且已成功应用于企业的以太网接口芯片中。
上传时间： 2013-07-20
上传用户：nanfeicui
随着设计规模的不断增加，芯片的平均设计门数已经超越百万级，验证已经成为设计流程中的主要瓶颈。目前，基于FPGA的硬件验证凭借其速度快、易修改的特性越来越受到验证工程师的青睐。 本文正是基于FPGA验证的思想，以一款光同步传输网(SDH)芯片的验证为例，展开了全面的论述。通过对验证理论以及FPGA性能特点的研究与分析，从验证的正确性、全面性、快速性和可重用性等方面对FPGA验证进行了理论剖析，并提出了一些新的理念和创新。此后又结合实践，详尽叙述了验证中的一些重要环节，并总结出了一套比较完善的FPGA验证流程，可以有效地支撑实际芯片的验证工作。 本文对于百万门级专用集成电路的成功实践，不仅是对FPGA验证理论的证实，而且从验证的思路和方法上对后续芯片有一定的指导意义。文中经验教训的总结可以有效地帮助验证工程师达到降低芯片开发成本，缩短面市时间的目的。
上传时间： 2013-05-17
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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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