随着存储技术的迅速发展，存储业务需求的不断增长，独立的磁盘冗余阵列可利用多个磁盘并行存取提高存储系统的性能。磁盘阵列技术采用硬件和软件两种方式实现，软件RAID（Redundant Array of Independent Disks）主要利用操作系统提供的软件实现磁盘冗余阵列功能，对系统资源利用率高，节省成本。硬件RAID将大部分RAID功能集成到一块硬件控制器中，系统资源占用率低，可移植性好。 分析了软件RAID的性能瓶颈，使用硬件直接完成部分计算提高软件RAID性能。针对RAID5采用FPGA（Field Programmable Gate Array）技术实现RAID控制器硬件设计，完成磁盘阵列启动、数据缓存（Cache）以及数据XOR校验等功能。基于硬件RAID的理论，提出一种基于Virtex-4的硬件RAID控制器的系统设计方案：独立微处理器和较大容量的内存；实现RAID级别迁移，在线容量扩展，在线数据热备份等高效、用户可定制的高级RAID功能；利用Virtex-4内置硬PowerPC完成RAID服务器部分配置和管理工作，运行Linux操作系统、RAID管理软件等。控制器既可以作为RAID控制卡在服务器上使用，也可作为一个独立的系统，成为磁盘阵列的调试平台。 随着集成电路的发展，芯片的体积越来越小，电路的布局布线密度越来越大，信号的工作频率也越来越高，高速电路的传输线效应和信号完整性问题越来越明显。RAID控制器属于高速电路的范畴，在印刷电路板（Printed Circuit Block, PCB）实现时分别从叠层设计、布局、电源完整性、阻抗匹配和串扰等方面考虑了信号完整性问题，并基于IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型进行了信号完整性分析及仿真。
上传时间： 2013-04-24
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随着数字视频广播的发展，观众将会面对越来越多综合或专门频道的选择，欣赏到更高品质，更多服务的节目。而广播业者则要为这些节目的版权购买，制作而承受更高的成本，单纯的广告收入已经不够。要求对用户收取一定的收视费用，而另一方面，调查也显示用户是愿意预付一定费用以获得更好服务的。条件接受系统(Conditional Access system)就是为了商业目的而对某些广播服务实施接入控制，决定一个数字接受设备能否将特定的广播节目展现给最终用户的系统。CA技术要求既能使用户自由选择收看节目又能保护广播业者的利益，确算只有已支付了或即将支付费用的用户才能收看到所选的电视节目。在数字电视领域中，CA系统无疑将成为发展新服务的必需条件。但是在不同的运营商可能会使用不同的CA系统，在不同的CA系统之间进行互操作所必需共同遵守的最基本条件是：通用的加扰算法。每个用户接收设备中应集成相应的解扰模块。在我国国家标准--数字电视条件接收系统GY/Z 175-2001的附录H中有详细的描述。 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 首先本文简要介绍CA系统的目的和组成，FPGA的结构和原理，优势。然后介绍了利用FPGA来实现CA系统主要组成部分即加扰的原理和步骤，分析算法，划分逻辑结构，软件仿真，划分硬件模块，硬件性能分析，验证平台构建，硬件实现等。 然后对以上各个部分做详细的阐述。同时为了指导FPGA设计，给出了FPGA的结构和原理与FPGA设计的基本原则、设计的基本技巧、设计的基本流程； 最后给出了该加扰系统的测试与验证方法以及验证和测试结果。
上传时间： 2013-06-22
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图像缩放在图像处理领域中，发挥着重要作用。图像的分辨率调整和格式变换，都需要用到图像缩放技术。随着多媒体技术和大规模集成电路的发展，利用硬件实现视频图像无级缩放已成为图像处理研究的一个重要课题。 图像缩放通常由插值算法实现。传统的插值算法由于实现原理的局限性，在缩放时容易引起边缘锯齿或细节模糊现象。针对传统插值算法的这个不足，出现了许多基于边缘改进的算法。但这些算法一般只能完成2k倍数插值，无法真正做到基于边缘的无级缩放。 为了实现基于边缘改进的无级缩放，本文做了如下五个方面的研究工作： 1.系统回顾了图像缩放技术，包括传统图像缩放技术和多边缘检测插值，分析了这些图像缩放技术的优缺点。 2.重点研究了新兴的方向多项式插值算法，该算法能够真正完成基于边缘改进的无级缩放。 3.提出改进的方向多项式插值算法(IOPI算法)，该算法针对硬件实现，做了两个方面改进：提出EDV算法，简化边缘方向的确定；提出Cubic6逼近插值算法(A-Cubic6算法)，改善平坦区域缩放效果。其中的EDV算法通过加减、比较模块，完成边缘方向的确定。相比原算法中的乘除法、直方图计算，大大简化了硬件实现，降低了硬件实现成本。A-Cubic6算法利用查找表简化了Cubic6点插值算法的实现，而且明显改善了非边缘区域的缩放效果。 4.研究缩放算法与图像质量的评价方法。比较、分析各算法的软件仿真结果，得出结论：本文提出的IOPI算法在平坦区域和边缘区域都具有比其它算法更突出的效果。 5.结合实时视频处理要求，研究了IOPI算法的FPGA实现。已完成最近邻域插值和A-Cubic6算法的FPGA实现，可以在硬件平台上稳定工作。
上传时间： 2013-06-05
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在团簇与激光相互作用的研究中和在团簇与加速器离子束的碰撞研究中，需要对加速器束流或者激光束进行脉冲化与时序同步，同时用于测量作用产物的探测系统如飞行时间谱仪(TOF)等要求各加速电场的控制具有一定的时序匹配。在整个实验中，需要用到符合要求的多路脉冲时序信号控制器，而且要求各脉冲序列的周期、占空比、重复频率等方便可调。为此，本论文基于FPGA设计完成了一款多路脉冲时序控制电路。 本文基于Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片EPlC3T100C8，设计出了一款可以同时输出8路脉冲序列、各脉冲序列之间具有可调高精度延迟、可调脉冲宽度及占空比等。论文讨论了FPGA芯片结构及开发流程，着重讨论了较高频率脉冲电路的可编程实现方法，以及如何利用VHDL语言实现硬件电路软件化设计的技巧与方法，给出了整个系统设计的原理与实现。讨论了高精密电源的PWM技术原理及实现，并由此设计了FPGA所需电源系统。给出了配置电路设计、数据通信及接口电路的实现。开发了上层控制软件来控制各路脉冲时序及属性。 该电路工作频率200MHz，输出脉冲最小宽度可达到10ns，最大宽度可达到us甚至ms量级。可以同时提供l路同步脉冲和7路脉冲，并且7路脉冲相对于同步脉冲的延迟时间可调，调节步长为5ns。
上传时间： 2013-06-15
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现代通信系统对带宽和数据速率的要求越来越高，超宽带(ultra-wideband，UWB)通信以其传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低的优点，成为解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入的需求与越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的技术手段。 论文主要围绕两方面展开分析：一是介绍用于UWB无载波脉冲调制及直接序列码分多址调制(DS-CDMA)的新型脉冲，即Hermite正交脉冲，并且分析了这种构建UWB多元通信和多用户通信的系统性能。二是分析了UWB的多带频分复用物理层提案(MBOA)的调制技术，并在FPGA上实现了调制模块。正交Hermite脉冲集被提出用于UWB的M元双正交调制系统，获得高数据速率。调整脉冲的脉宽因子和中心频率能使脉冲满足FCC的频谱要求。M元双正交调制的接收机需要M/2个相关器，远比M元正交调制所需的相关器数量少。误码率一定时，维数M的增加可获得高的比特率和低的信噪比。虽然高阶的Hermite脉冲易受抖动时延的影响，但当抖动时延范围小于0.02ns时，其影响较为不明显。本文认为1～8阶的Hermite脉冲皆可用，可构成16元双正交系统。 正交Hermite脉冲集也可以构造UWB多用户系统。各用户的信息用不同的Hermite脉冲同时传输，其多用户的误比特率上限低于高斯单脉冲构成的PPM多用户系统的误比特率，所以其系统性能更优。正交Hermite脉冲还可以用于UWB的DS-CDMA调制，在8个脉冲可用的情况下，最多可容64个用户同时通信。 基于MBOA提出的UWB物理层协议，本文用Verilog硬件语言实现了调制与解调结构，并用Modelsim做了时序验证。用Verilog编程实现的输出数据与Matlab生成的UWB建模的输出结果一致。为了达到UWBMB-OFDM系统的FFT处理器的要求，一个混和基多通道流水线的FFT算法结构被提出。其有效的实现方法也被提出。这种结构采用多通道以获得高的数据吞吐量。此外，它用于存储和复数乘法器的硬件损耗相比其他的FFT处理器是最少的。高基的FFT蝶算减少了复数乘法器的数量。在132MHz的工作频率下，整个128点FFT变换在此结构模式下只需要242.4ns,满足了MBOA的要求。
上传时间： 2013-07-29
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数控系统在工矿领域已得到广泛应用，计算机数控系统通过对数字化信息的处理和运算，并转化成脉冲信号，实现对步进电机的控制，进而控制数控机床动作和零件加工。随着嵌入式技术的发展，我们可以设计规模更小，成本更低，功能更特定的嵌入式系统来完成传统计算机数控系统所完成的工作。 步进电机以其精度高、控制灵活、定位准确、起停迅速、工作可靠、能直接接受数字信号的特点，成为数控系统中的重要执行部件。然而根据步进电机的特性，必须要采取适当而有效的升降速控制策略，特别是在多电机连动的系统中，对多个电机连动的速度控制和脉冲分配也很值得研究。在本文中作者将介绍一种三轴连动的速度控制和脉冲分配的优化算法，以及其在基于FPGA和ARM配合的高速数控雕刻机控制系统中的实现。 在本文中还可以看见，为了减小本系统中主控MCU的压力，作者还将利用FPGA来设计一个针对多电机连动的速度控制和脉冲分配优化算法的外围定制控制器。 最终实验结果表明，作者所提出的优化算法及其在本系统的实现方案，完全达到客户所提出的高速数控雕刻机控制系统的各项设计性能指标。
上传时间： 2013-07-02
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现代雷达系统广泛采用脉冲压缩技术，用以解决作用距离与分辨能力之间的矛盾。脉冲压缩是指雷达通过发射宽脉冲，保证足够的最大作用距离，而接收时，采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲以提高距离分辨率的过程。同时，数字信号处理技术的迅猛发展和广泛应用，为雷达脉冲压缩处理的数字化实现提供了可能。 本文主要研究雷达多波形频域数字脉冲压缩系统的硬件系统实现。在匹配滤波理论的指导下，成功研制了基于FPGAEP1K100QC208-1和4片高性能ADSP21160M的多波形频域数字脉冲压缩系统。该系统可处理时宽在42μs以内、带宽在5MHz以下的线性调频信号(LFM)，非线性调频信号(NLFM)和Taylor四相码信号，且技术指标完全满足实用系统的设计要求。 本文完成的主要工作和创新之处有：(1)基于双通道模数转换器AD10242设计高精度数据采集电路，为整个脉压系统的工作提供必要的条件。完成了前端模拟信号输入电路的优化和差分输入时钟的产生，以实现高精度采样。 (2)根据协议和脉压系统的工作要求，以基于FPGAEP1K100QC208完成系统控制，使整个脉压系统正确稳定地工作。同时以该FPGA生成双口RAM，实现数据暂存，以匹配采样速率和脉压系统频率。 (3)设计基于4片高性能ADSP21160M的紧耦合并行处理系统，以完成多波形频域数字脉冲压缩的全部运算工作。4片DSP共享外部总线，且各DSP以链路口互连，进行数据通信。各DSP还使用一个链路口连接到接口板DSP，将脉压结果送出。 (4)以一片ADSP21160M和一片EP1K100QC208为核心，设计输出板电路，完成数据对齐、求模和数据向下一级的输出，并产生模拟输出。 (5)调试并改进处理板和输出板。
上传时间： 2013-06-11
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离散余弦变换(DCT)及其反变换(IDCT)在图像编解码方面应用十分广泛，至今已被JPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.26x等国际标准所采用。由于其计算量较大，软件实现往往难以满足实时处理的要求，因而在很多实际应用中需要采用硬件设计的DCT/IDCT处理电路来满足我们对处理速度的要求。本文所研究的内容就是针对图像处理应用的8×8二维DCT/IDCT处理核的硬件实现。 本文首先介绍了DCT和IDCT在图像处理中的作用和原理，详细说明了DCT变换实现图像压缩的过程，并与其它变换比较说明了用DCT变换实现图像压缩的优势。接着，分析研究了DCT的各种快速算法，总结了前人对DCT快速算法及其实现所做的研究。本文给出了两种性能、资源上有一定差异的二维DCT/IDCT的FPGA设计方案。两种方案均利用DCT的行列分离特性，采用流水线设计技术，将二维DCT/IDCT实现转化为两个一维DCT/IDCT实现。在一维DCT/IDCT设计中，根据图像处理的特点对Loeffler算法的数据流进行了优化，通过合理安排时钟周期数和简化各周期内的操作，大大缩短了关键路径的执行时间，从而提高了流水线的执行速度。最后，对所设计的DCT/IDCT处理核进行了综合和时序仿真。 结果表明，当使用Altera公司的MERCURY系列FPGA器件时，本文设计的方案一能够在116M时钟频率下正确完成8×8的二维DCT或IDCT的逻辑运算，消耗2827个逻辑单元；方案二能够在74M时钟频率下正常工作，消耗1629个逻辑单元。
上传时间： 2013-07-14
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模糊控制是智能控制的重要组成部分，它能对那些不能建立精确数学模型的场合进行有效的控制；近年来，FPGA及EDA技术发展迅速。本论文就是要结合这两种先进技术，在一块FPGA芯片上实现一个双输入单输出的模糊控制器，并尝试将ADC和DAC集成在该芯片中，以简化系统设计。 首先阐述了模糊控制的理论基础，重点介绍了双输入单输出的模糊控制算法；然后在简单介绍FPGA结构和VHDL语言的基础上，采用自项向下的设计方法，应用主流EDA工具进行模糊控制各模块的设计，并对每个模块进行仿真；最后将各模块组成一完整的模糊控制器，在EDA工具上进行仿真验证和编程下载，并用一个温度控制实验验证了控制器的功能，证明该控制器满足一般控制应用的要求。 本论文是以VHDL和FPGA为代表的现代数字系统设计技术在智能控制领域应用的一个尝试，拓宽了模糊控制器的实现形式，相比于传统的以单片机为载体的模糊控制器，在系统的简单性、实时性和经济性方面都有显著的增强，是一种值得采用的方法。 由于在算法的处理上采取了一定的简化，所以损失了一定的精度。今后可以在算法上进行完善，设计出高精度的模糊控制器。
上传时间： 2013-06-07
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近年来微光、红外、X光图像传感器在军事、科研、工农业生产、医疗卫生等领域的应用越来越为广泛，但由于这些成像器件自身的物理缺陷，视觉效果很不理想，往往需要对图像进行适当的处理，以得到适合人眼观察或机器识别的图像。因此，市场急需大量高效的实时图像处理器能够在传感器后端对这类图像进行处理。而FPGA的出现，恰恰解决了这个问题。 近十年来，随着FPGA(现场可编程门阵列)技术的突飞猛进，FPGA也逐渐进入数字信号处理领域，尤其在实时图像处理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP应用的FPGA的发货量，增长了50％；而常规的DSP大约增长了40％。由于FPGA可无比拟的并行处理能力，使得FPGA在图像处理领域的应用持续上升，国内外，越来越多的实时图像处理应用都转向了FPGA平台。与PDSP相比，FPGA将在未来统治更多前端(如传感器)应用，而PDSP将会侧重于复杂算法的应用领域。可以说，FPGA是数字信号处理的一次重大变革。 算法是图像处理应用的灵魂，是硬件得以发挥其强大功能的根本。”共轭变换”图像处理方法是一种新型的图像处理算法，由郑智捷博士上个世纪90年代初提出。这种算法使用基元形状(meta-shape)技术，而这种技术的特征正好具备几何与拓扑的双重特性，使得大量不同的基于形态的灰度图像处理滤波器可用这种方法实现。该种算法在空域进行图像处理，无需进行大量复杂的算术运算，算法简单、快速、高效，易于硬件实现。通过十多年来的实验与实践证明，在微光图像，红外图像，X光图像处理领域，”共轭变换”图像处理方法确实有其独特的优异性能。本篇论文就针对”共轭变换”图像处理方法在微光图像处理领域的应用，就如何在FPGA上实现”共轭变换”图像处理方法展开研究。首先在Matlab环境下，对常用的图像增强算法和”共轭变换”图像处理方法进行了比较，并且在设计制作“FPGA视频处理开发平台”的基础上，用VHDL实现了”共轭变换”图像处理方法的基本内核并进行了算法的硬件实现与效果验证。此外，本文还详细地讨论了视频流的采集及其编码解码问题以及I2C总线的FPGA实现。
上传时间： 2013-04-24
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