随着SOC技术、IP技术以及集成电路技术的发展，RISC软核处理器的研究与开发设计开始受到了人们的重视。基于FPGA的RISC软核处理器在各个行业开始得到了广泛的应用，特别是在一些基于FPGA的嵌入式系统中有着越来越广泛的应用前景。 该论文在研究了大量国内外技术文献的基础上，总结了RISC处理器发展的现状与水平。认真分析了RISC处理器的基本结构，包括总线结构，流水线处理的原理，以及流水线数据通路和流水线控制的原理；并详细分析了该设计采用的指令集——MIPS指令集的内在结构。设计出了一个32位RISC软核处理器，这个软核处理器采用五级流水线结构，能完成加法、减法、逻辑与、逻辑或、左移右移等算术逻辑操作，以及它们的组合操作。通过软件仿真和在Altera的FPGA开发板上进行验证，证明了所设计的32位RISC处理器能准确的执行所选用的MIPS指令集，运行速度能达到30MHz，功能良好。 通过对所设计对象特点及其可行性的研究，选用了Altera公司QuartusⅡ软件作为设计与仿真验证的环境。在设计方法上，该课题采用了自顶向下的设计方法。在设计过程中采用了边设计边验证这种设计与验证相结合的设计流程，大大提高了设计的可靠性。该课题在设计过程中还提出了两个有效的设计思路：第一是在32位寄存器的设计中利用FPGA的内部RAM资源来设计，减少了传输延时，提高了运行速度，并大大减少了对FPGA内部资源的占用；第二是在系统架构上采用了柔性化的设计方法，使得设计可以根据实际的需求适当的增减相应的部件，以达到需求与性能的统一。这两个方法都有效地解决了设计中出现的问题，提高了处理器的性能。
上传时间： 2013-07-21
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随着现代工业的高速发展，电力系统的非线性负荷日益增多，严重地污染了电网的环境，威胁着电网中的各种电气设备的安全经济运行，不论从保证电力系统和供电系统的安全经济运行或是从保证设备和人身的安全来看，对谐波污染造成的危害影响加以经常监测和限制都是极为迫切的。谐波测量是谐波治理的重要前提条件，也是分析解决谐波治理问题的基本问题。国内外已有各种谐波检测的研究，形成了多种谐波检测方法，基于快速傅立叶变化的FFT是当前谐波检测中应用最为广泛的一种谐波检测方法。特别是经过技术补偿后的FFT算法，在谐波检测中具有更好的性能。但该方法在实现上主要是采用通用DSP器件(比如TI公司产品)，其实时性不强，影响了检测性能。随着微电子技术和数字信号处理技术的发展，基于FPGA的数字信号处理具有高速、开发简便、易于形成ASIC等优势而得到了广泛的应用。论文在分析谐波测量方法的基础上，提出了基于FPGA实现电网谐波测量系统。以嵌入式处理器NiosⅡ为核心，实现了电网谐波分析的周期图功率谱分析方法。在整个系统硬件设计的基础上，主要完成了基-28点、16点、32的FFT模块、完成了求模运算模块以及输出显示模块。通过比较仿真得到的方波、正弦信号的谱结构与实际系统输出的谱结构，验证了该实现方法的正确性。
上传时间： 2013-06-30
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随着数字电子技术的发展，数字信号处理广泛应用于声纳、雷达、通讯语音处理和图像处理等领域。快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)在数字信号处理系统中起着很重要的作用，FFT 有效地提高了离散傅立叶变换(Discret Fourier Transform，DFT)的运算效率。 处理器一般要求具有高速度、高精度、大容量和实时处理的性能，而现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件，在处理大规模数据方面，有极大的优势。论文采用了在FPGA中实现FFT算法的方案。 数字信号处理板的硬件电路设计是本论文的重要部分之一。在介绍了FFT以及波束形成的基本原理和基本方法的基础上，根据实时处理的要求，给出了数字信号处理板的硬件设计方案并对硬件电路的实现进行了分析和说明。 依据数字系统的设计方法，分别采用基二按时间抽取FFT算法、基四按时间抽取FFT算法以及FFT兆核函数三种方法利用硬件描述语言(VHSICHardware Description Language，VHDL)实现了1024点的FFT，接着对三种方法进行了评估，得出了FPGA完全能满足处理器的实时处理的要求的结论。然后根据通用串行总线(Universial Serial Bus，USB)协议，利用VHDL语言编写了USB接口芯片ISP1581的固件程序，实现了设备的枚举过程。
上传时间： 2013-08-01
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本文对基于脉动阵列结构的RSA公钥密码协处理器进行了深入的研究，通过对Montgomery模乘思想的深入分析，确定了免减基2算法作为模乘运算实现算法，同时系统的研究了脉动阵列结构这一专用处理器设计模型，结合器件特性设计出一种适于在FPGA上实现的模乘运算电路结构，通过引入流水线技术，实现了两次模乘运算并行处理。在此基础上，引入可变参数的设计理念，完成了可变参数模幂运算电路的设计与实现工作，有效的提高了算法硬件实现的灵活性。
上传时间： 2013-07-16
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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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8051处理器自诞生起近30年来，一直都是嵌入式应用的主流处理器，不同规模的805l处理器涵盖了从低成本到高性能、从低密度到高密度的产品。该处理器极具灵活性，可让开发者自行定义部分指令，量身订制所需的功能模块和外设接口，而且有标准版和经济版等多种版本可供选择，可让设计人员各取所需，实现更高性价比的结构。如此多的优越性使得8051处理器牢固地占据着庞大的应用市场，因此研究和发展8051及与其兼容的接口具有极大的应用前景。在众多8051的外设接口中，I2C总线接口扮演着重要的角色。通用的12C接口器件，如带12C总线的RAM，ROM，AD／DA，LCD驱动器等，越来越多地应用于计算机及自动控制系统中。因此，本论文的根本目的就是针对如何在8051内核上扩展I2C外设接口进行较深入的研究。 本课题项目采用可编程技术来开发805l核以及12C接口。由于8051内核指令集相容，我们能借助在现有架构方面的经验，发挥现有的大量代码和工具的优势，较快地完成设计。在8051核模块里，我们主要实现中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时／计数器、并行接口、串行接口和中断系统等七大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，这些都是标准8051核所具有的模块。在其之上我们再嵌入12C的串行通信模块，采用自下而上的方法，逐次实现一位的收发、一个字节的收发、一个命令的收发，直至实现I2C的整个通信协议。 8051核及I2C总线的研究通过可编程逻辑器件和一块外围I2C从设备TMPl01来验证。本课题的最终目的是可编程逻辑器件实现的8051核成功并高效地控制扩展的12C接口与从设备TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片开发的12C接口，数据的传输速率由该芯片嵌入8051微处理的时钟频率决定。经测试其传输速率可达普通速率和快速速率。 目前集成了该12C接口的8051核已经在工作中投入使用，主要用于POS设备的用户数据加密及对设备温度的实时控制。虽然该设备尚未大批量投产，但它已成功通过PCI(PaymentCardIndustry)协会认证。
上传时间： 2013-06-18
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8051系列是至今为止最成功的单片机之一，在FPGA平台上研究带硬件浮点运算器的8051是对其在SoC及专用化的方向上的一次迈进。文章首先介绍了8051的基本架构，包括硬件模块、指令系统、内存分配以及基本外设。然后讲解了在设计8051时如何划分模块，每个模块的功能与设计，同时也介绍了如何设计流水线来加速8051的处理速度。对于浮点运算器，文章介绍了IEEE浮点数的表示方法，包括各种特殊值的表示方法以及作用。在探讨浮点运算器设计的时候首先是给出了模块的划分及其实现的功能，然后以生动的实例介绍了加减乘除四种浮点运算的算法。在介绍完8051与浮点运算器设计以后，文章介绍了如何将浮点运算器集成到8051上，包括硬件上的数据线接口和控制线接口，以及软件中如何运用硬件浮点运算器。最后文章给出了此设计在ModelSim上的仿真结果以及在CyclonelIFPGA芯片上的验证过程，可以清楚地看到，与KeilC51软件库的浮点运算相比，加法运算从186个时钟周期减少到4个时钟周期，减法运算从200个时钟周期减少到4个时钟周期，乘法运算从241个时钟周期减少到4个时钟周期，而除法则由原来的¨lO个时钟周期减少到4个时钟周期，可见硬件浮点运算器使8051在运算能力上有了质的提高。 笔者也在“Google”和“百度”搜索引擎上，以及“维普数据论文网’’上搜索过，都没有发现有类似的设计，带硬件浮点运算器的8051可谓是一次创新，希望在实际应用中能有用武之地。
上传时间： 2013-04-24
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正交频分复用（OFDM）是一种无线环境下的高速传输技术，它使用一系列低速子载波并行传输数据，具有抗多径干扰的能力、能以很高的频谱利用率实现高速数据传输等优点。数字音频广播（DAB）系统中采用OFDM调制技术。 本文首先概述了OF'DM的基本原理和实现方法，分析了DAB中不同模式下OFDM调制的参数和特点。实现OFDM的核心技术是快速傅立叶变换（FFT）。本文在分析研究了多种FFT算法的基础上选择了最适合FPGA实现的，满足DAB系统中OFDM调制要求的FFT算法，即将2048点FFT分解为基-4和基-2混合基算法。 本文研究重点是使用FPGA实现2048点复数FFT处理器。2048点FFT由五级基-4运算和一级基-2运算组成。针对这一算法以及FPGA特点，进行系统结构设计、各个模块设计、FPGA实现和测试。一个基-4和基-2复用的蝶形运算模块是整个FFT处理器的核心部分。此外系统还包括：系统控制模块，地址产生模块，RAM和ROM。本文特别针对2048点按频率抽取基-4/2顺序处理的FFT处理器提出了一种巧妙的数据地址和旋转因子地址生成的方法。 仿真和验证表明，运算的结果可以达到一定的精度要求，运算速度满足系统要求，说明该OFDM调制器的设计是可行的，可以应用于DAB系统中
上传时间： 2013-06-05
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随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅立叶变换(FFT)使离散傅立叶变换的运算时间缩短了几个数量级，在数字信号处理领域被广泛应用。FFT已经成为现代信号处理的重要手段之一。 现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时基于FPGA实现FFT的设计方法和思想被提出。本次设计的目的是快速傅立叶变换(FFT)的FPGA实现。 此文在分析了快速傅立叶算法的基础上，提出了一种频率抽取基4 FFT的FPGA设计方案，针对现有FFT的FPGA实现过程中蝶形运算需要频繁乘以多个旋转因子提出了改进方法，减少了旋转因子的乘法次数和存储空间，加快了蝶形运算的速度，设计的地址映射方法，无需运算即可得到所需数据的存放地址，并结合采用乒乓结构和流水线方式，来提高快速傅立叶变换(FFT)FPGA实现的速度。描述了一片FPGA芯片内完成了整个FFT处理器的电路设计，经过模块时序仿真和数据的验证及测试，达到工作在50MHz时钟频率的设计要求。最后对后续设计做了描述，并对用FPGA实现FFT做了展望。
上传时间： 2013-04-24
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随着多媒体技术的发展，数字图像处理已经成为众多应用系统的核心和基础。它的发展主要依赖于两个性质不同、自成体系但又紧密相关的研究领域：图像处理算法及其相应的电路实现。图像处理系统的硬件实现—般有三种方式：专用的图像处理器件集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)、数字信号处理器(Digital Signal Process)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)以及相关电路组成。它们可以实时高速完成各种图像处理算法。图像处理中，低层的图像预处理的数据量很大，要求处理速度快，但运算结果相对比较简单。相对于其他两种方式，基于FPGA的图像处理方式的系统更适合于图像的预处理。本文设计了—种基于FPGA的小波域图像去噪系统。首先，阐述了基于小波变换的图像去噪算法原理，重点讨论了小波邻域阈值(NeighShrink)去噪算法，并给出了该算法相应的Matlab 仿真；然后，为了改进邻域阈值去噪算法中对每个分解子带都采用相同邻域和阈值的缺点，本文提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)分类的邻域阈值去噪算法和以斯坦无偏估计 (SURE)为准则同时结合小波系数尺度间关系的邻域阈值去噪算法。经Matlab实验表明，相比于其他几种经典算法，本文提出的两种改进算法在滤除噪声的同时能更好地保护图像细节，并在较高噪声情况下能获得更高的峰值信噪比。在此基础上本文将提出的改进小波邻域阈值去噪算法进行了相应的简化，以满足低噪声处理要求且易于在FPGA上实现；最后，给出了基于 FPGA的小波邻域阈值去噪系统的总体结构和FPGA内部各功能模块的具体实现方案，包括二维离散小波变换模块、二维离散小波逆变换模块、SDRAM存储器控制模块、去噪计算模块和系统核心控制模块，并对各个系统模块和整体进行了仿真验证，结果表明本文设计的基于FPGA 的小波邻域阈值去噪系统能满足实际的图像处理要求，具有一定的理论和实际应用价值。关键词：图像处理系统，FPGA，图像去噪算法，小波变换
上传时间： 2013-05-16
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