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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DFT(Discrete Fourier Transformation)是数字信号分析与处理如图形、语音及图像等领域的重要变换工具,直接计算DFT的计算量与变换区间长度N的平方成正比.当N较大时,因计算量太大,直接用DFT算法进行谱分析和喜好的实时处理是不切实际的.快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,简称FFT)使DFT运算效率提高1~2个数量级.本文的目的就是研究如何应用FPGA这种大规模可编程逻辑器件实现FFT的算法.本设计主要采用先进的基-4DIT算法研制一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器.在FFT实时硬件处理器的设计实现过程中,利用递归结构以及成组浮点制运算方式,解决了蝶形计算、数据传输和存储操作协调一致问题.合理地解决了位增长问题.同时,采用并行高密度乘法器和流水线(pipeline)工作方式,并将双端口RAM、只读ROM全部内置在FPGA芯片内部,使整个系统的数据交换和处理速度得以很大提高,实际合理地解决了资源和速度之间相互制约的问题.本设计采用Verilog HDL硬件描述语言进行设计,由于在设计中采用Xilinx公司提供的称为Core的IP功能块极大地提高了设计效率.
上传时间： 2013-06-20
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扩频通信是一种性能优异的通信方式，自其诞生之日起就受到了业内人士的广泛关注。本文以DS/SS接收机为基础，围绕相关的理论和技术，开展了载波跟踪技术FPGA实现的研究。 论文首先综述了课题的来源、背景和意义，阐述了DS/SS接收系统前端处理模块和信号处理模块的结构，指出了本课题的关键技术。与此同时，作者在参考了大量国内外有关文献的基础上，深入研究了四相鉴频、自动频率跟踪鉴频以及反正切鉴相等载波跟踪鉴频、鉴相算法，并根据这些理论设计了FLL与PLL相结合的载波跟踪策略，完成了CPAFC和Costas环路仿真和性能分析。 其次，论文对载波跟踪环路的硬件电路进行了设计，其中包括基带信号处理的混频、相关和积分清洗模块，误差量的提取和控制模块，以及本地载波的产生模块等，并在Altera公司的Stratix系列芯片----EP1S808956C6上对每个组成模块进行了功能和时序上的仿真与实现，之后对系统各模块进行了集成，解决了系统实现的同步问题。 最后，论文对系统作了实验总结与分析，包括板级验证总结与分析、接收机载波跟踪性能分析，以及对载波同步技术的总结和展望。
上传时间： 2013-04-24
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现场可编程门阵列(FPGA)是一种现场可编程专用集成电路，它将门阵列的通用结构与现场可编程的特性结合于一体，如今，FPGA系列器件已成为最受欢迎的器件之一。随着FPGA器件的广泛应用，它在数字系统中的作用日益变得重要，它所要求的准确性也变得更高。因此，对FPGA器件的故障测试和故障诊断方法进行更全面的研究具有重要意义。随着FPGA器件的迅速发展，FPGA的密度和复杂程度也越来越高，使大量的故障难以使用传统方法进行测试，所以人们把视线转向了可测性设计(DFT)问题。可测性设计的提出为解决测试问题开辟了新的有效途径，而边界扫描测试方法是其中一个重要的技术。 本文对FPGA的故障模型及其测试技术和边界扫描测试的相关理论与方法进行了详细的探讨，给出了利用布尔矩阵理论建立的边界扫描测试过程的数学描述和数学模型。论文中首先讨论边界扫描测试中的测试优化问题，总结解决两类优化问题的现有算法，分别对它们的优缺点进行了对比，进而提出对两种现有算法的改进思想，并且比较了改进前后优化算法的性能。另外，本文还对FPGA连线资源中基于边界扫描测试技术的自适应完备诊断算法进行了深入研究。在研究过程中，本文基于自适应完备诊断的思想对原有自适应诊断算法的性能进行了分析，并将独立测试集和测试矩阵的概念引入原有自适应诊断算法中，使改进后的优化算法能够简化原算法的实现过程，并实现完备诊断的目标。最后利用测试仿真模型证明了优化算法能够更有效地实现完备诊断的目标，在紧凑性指标与测试复杂性方面比现在算法均有所改进，实现了算法的优化。
上传时间： 2013-06-30
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本文以“机车车辆轮对动态检测装置”为研究背景，以改进提升装置性能为目标，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上实现图像采集控制、图像处理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)压缩编码标准的基本系统。本文使用硬件描述语言Verilog，以RedLogic的RVDK开发板作为硬件平台，在开发工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B环境中完成软核的设计与仿真验证。 数据采集部分完成的功能是将由模拟摄像机拍摄到的图像信号进行数字化，然后从数据流中提取有效数据，加以适当裁剪，最后将奇偶场图像数据合并成帧，存储到存储器中。数字化及码流产生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA对SAA7113芯片初始化设置、控制，并对数字化后的数据进行操作。 图像处理算法部分考虑到实时性与算法复杂度等因素，从装置的图像处理流程中有选择性地实现了直方图均衡化、中值滤波与边缘检测三种图像处理算法。 压缩编码部分依据JPEG标准基本系统顺序编码模式，在FPGA上实现了DCT(Discrete Cosine Transform)变换、量化、Zig-Zag扫描、直流系数DPCM(Differential Pulse Code Modulation)编码、交流系数RLC(Run Length code)编码、霍夫曼编码等主要步骤，最后用实际的图像数据块对系统进行了验证。
上传时间： 2013-04-24
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扩频通信系统与常规的通信系统相比，具有很强的抗窄带干扰，抗多径干扰，抗人为干扰的能力，并具有信息隐蔽、多址保密通信等优点。在近年来得到了迅速的发展。本论文主要讨论和实现了基于FPGA的直接序列扩频信号的解扩解调处理。论文对该直扩通信系统和FPGA设计方法进行了相关研究，最后用Altera公司的最新的FPGA开发平台Quarus Ⅱ5.0实现了相关设计。 整个系统分为两个部分，发送部分和接收部分。发送部分主要有串并转换、差分卷积编码、PN码扩频、QPSK调制、成型滤波等模块。接收部分主要有前端抗干扰、数字下变频、解扩解调等模块。 论文首先介绍了扩频通信系统的特点以及相关技术的国内外发展现状，并介绍了本论文的研究思路和内容。 然后，论文分析了几种常用的窄带干扰抑制、载波同步及PN码同步算法，结合实际需要，设计了一种零中频DSSS解调解扩方案。给出了抗窄带干扰、PN码捕获及跟踪以及载波同步的算法分析，采用了基于数字外差调制的自适应陷波器来进行前端窄带干扰抑制处理，用基于自适应门限技术的滑动相关捕获和分时复用单相关器跟踪来改善PN码同步的性能，用基于硬判决的COSTAS(科斯塔斯)环来减少载波提取的算法复杂度，用改进型CORDIC算法实现NCO来方便的进行扩展。 接着，论文给出了系统总体设计和发送及接受子系统的各个功能模块的实现分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的实现细节，给出了仿真结果。 然后论文介绍了整个系统的硬件电路设计和它在真实系统中连机调试所得到的测试结果，结果表明该系统具有性能稳定，灵活性好，生产调试容易，体积小，便于升级等特点并且达到课题各项指标的要求。 最后是对论文工作的一些总结和对今后工作的展望。
上传时间： 2013-07-04
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内部存储器负责计算机系统内部数据的中转、存储与读取，作为计算机系统中必不可少的三大件之一，它对计算机系统性能至关重要。内存可以说是CPU处理数据的“大仓库”，所有经过CPU处理的指令和数据都要经过内存传递到电脑其他配件上，因此内存性能的好坏，直接影响到系统的稳定性和运行性能。在当今的电子系统设计中，内存被使用得越来越多，并且对内存的要求越来越高。既要求内存读写速度尽可能的快、容量尽可能的大，同时由于竞争的加剧以及利润率的下降，人们希望在保持、甚至提高系统性能的同时也能降低内存产品的成本。面对这种趋势，设计和实现大容量高速读写的内存显得尤为重要。因此，近年来内存产品正经历着从小容量到大容量、从低速到高速的不断变化，从技术上也就有了从DRAM到SDRAM，再到DDR SDRAM及DDR2 SDRAM等的不断演进。和普通SDRAM的接口设计相比，DDR2 SDRAM存储器在获得大容量和高速率的同时，对存储器的接口设计也提出了更高的要求，其接口设计复杂度也大幅增加。一方面，由于I/O块中的资源是有限的，数据多路分解和时钟转换逻辑必须在FPGA核心逻辑中实现，设计者可能不得不对接口逻辑进行手工布线以确保临界时序。而另一方面，不得不处理好与DDR2接口有关的时序问题（包括温度和电压补偿）。要正确的实现DDR2接口需要非常细致的工作，并在提供设计灵活性的同时确保系统性能和可靠性。 本文对通过Xilinx的Spartan3 FPGA实现DDR2内存接口的设计与实现进行了详细阐述。通过Xilinx FPGA提供了I/O模块和逻辑资源，从而使接口设计变得更简单、更可靠。本设计中对I/O模块及其他逻辑在RTL代码中进行了配置、严整、执行，并正确连接到FPGA上，经过仔细仿真，然后在硬件中验证，以确保存储器接口系统的可靠性。
上传时间： 2013-06-08
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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： 2013-06-07
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在本讲中，简要地介绍了.算子、并矢的定义、性质和运算规则， 概括性地给出了积分变换的统一形式，最后，讨论了电磁场理论中常用的矢径的性质，为今后的理论分析奠定基础。
上传时间： 2013-08-06
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随着嵌入式技术和网络技术的发展，通过嵌入Web服务器来管理和控制设备成为嵌入式设备管理的一种发展趋势。越来越多的嵌入式系统将Web服务器引入其中，可方便有效地管理这些挂接在网络上的嵌入式设备，用户可以使用浏览器通过互联网来控制它们。本文所设计的嵌入式Web服务器就是基于HTTP协议和TCP／IP协议上的一种界面友好的Web服务器。 本文首先介绍了嵌入式Web系统的基本概念、历史和发展状况，同时阐述了设计及实现嵌入式Web服务器的关键技术和相关的理论基础。然后介绍了本系统的软硬件开发平台及其建立：选择了一款具有优秀网络性能并且开源的操作系统—uClinux，为其在宿主机上搭建开发和编译环境，并介绍了如何进行内核配置；确定使用以S3C44BOX为处理器的开发平台为系统硬件平台，并提出了嵌入式Web服务器的实现方案。本系统在boa服务器的基础上实现了动态Web技术，完成了真正的人机交互功能，用户可以通过Web浏览器监控嵌入式设备。为了实现用户对嵌入式产品数据进行更有效的管理，在基于ARM的嵌入式Web服务器中内嵌一小型数据库sqlite，用户能够借此在嵌入式产品中方便地插入、删除或修改数据，在服务器端应用程序中调用数据库提供的API函数完成服务器对数据库的访问与更新，进一步扩展嵌入式Web服务器的功能。为了使所设计的嵌入式Web服务器能动态保存少量的数据，本文对uClinux系统进行了适当的改动，实现了一个可读写的文件系统，使JFFS2文件系统在嵌入式Web服务器中得到应用。文章最后将该嵌入式Web服务器应用于智能家居管理，给出了智能家居管理数据库的设计及实现，并探讨了该嵌入式Web服务器潜在的应用前景。
上传时间： 2013-07-29
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