《计算机组成原理》是计算机系的一门核心课程。但是它涉及的知识面非常广，内容包括中央处理器、指令系统、存储系统、总线和输入输出系统等方面，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象难于理解。但借助于该计算机组成原理实验系统，学生通过实验环节，可以进一步融会贯通学习内容，掌握计算机各模块的工作原理，相互关系的来龙去脉。 为了增强实验系统的功能，提高系统的灵活性，降低实验成本，我们采用FPGA芯片技术来彻底更新现有的计算器组成原理实验平台。该技术可根据用户要求为芯片加载由VHDL语言所编写出的不同的硬件逻辑，FPGA芯片具有重复编程能力，使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程，这种称为“软”硬件的全新系统设计概念，使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它不仅使该系统性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使学生自己设计不同的实验变为可能。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计CPU，但首先，学生必须知道CPU的各个功能部件是如何工作，以及相互之间是如何配合构成CPU的。因此，我们必须先设计出一个教学用的以FPGA芯片为核心的硬件平台，然后在此基础上开发出VHDL部件库及主要逻辑功能，并设计出一套实验。 本文重点研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系统，由于VHDL的高标准化和硬件描述能力，现代CPU的主要功能如计算，存储，I/O操作等均可由VHDL来实现。同时设计实验内容，包括时序电路的组成及控制原理实验、八位运算器的组成及复合运算实验、存储器实验、数据通路实验、浮点运算器实验、多流水线处理器实验等，这些实验形成一个相互关联的系统。每个实验先由教师讲解原理及原理图，学生根据教师提供的原理图，自己用MAX+PLUSII完成电路输入，学生实验实际上是编写VHDL，不需要写得很复杂，只要能调用接口，然后将程序烧入平台，这样既不会让学生花太多的时间在画电路图上，又能让学生更好的理解每个部件的工作原理和工作过程。 论文首先研究分析了FPGA硬件实验平台，即实验系统的硬件组成。系统采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外围芯片(例如74LS244，74LS275)组成。根据不同的实验要求，规划不同实验控制逻辑。用户可选择不同的实验逻辑，通过把实验逻辑下载到FPGA芯片中构成自己的实验平台。 其次，论文详细的阐述了VHDL模块化设计，如何运用VHDL技术来依次实现CPU的各个功能部件。VHDL语言作为一种国际标准化的硬件描述语言，自1987年获得IEEE批准以来，经过了1993年和2001年两次修改，至今已被众多的国际知名电子设计自动化(EDA)工具研发商所采用，并随同EDA设计工具一起广泛地进入了数字系统设计与研发领域，目前已成为电子业界普遍接受的一种硬件设计技术。再次，论文针对实验平台中遇到的较为棘手的多流水线等问题，也进行了深入的阐述和剖析。学生需要什么样的实验条件，实验内容及步骤才能了解当今CPU所采用的核心技术，才能掌握CPU的设计，运行原理。另外，本论文的背景是需要学生熟悉基本的VHDL知识或技能，因为实验是在编写VHDL代码的前提下完成的。 本文在基于实验室的环境下，基本上较为完整的实现了一个基于FPGA的实验平台方案。在此基础上，进行了部分功能的测试和部分性能方面的分析。本论文的研究，为FPGA在实际系统中的应用提供研究思路和参考方案。论文的研究结果将对FPGA与VHDL标准的进一步发展具有重要的理论和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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目前的国内的CCD高清摄相头能够输出一组视频信号和数字图像信号，虽然视频信号能够直接在监视器显示，但是输出的数字图像信号占用存储空间太大，不便于进行传输。本文设计了一种基于FPGA的数字图像压缩卡。 在过去的十几年中，国际标准化组织制订了一系列的国际视频编码标准并广泛应用到各种领域。It.264/AVC是ITU-T和ISO联合推出的新标准，采用了近几年视频编码方面的先进技术，以较高编码效率和网络友好性成为新一代国际视频编码标准。 新发展的H．264/AVC比原有的视频编码标准大幅度提高了编码效率，但其运算复杂度也大大增加，本文简要分析了H．264/AVC的复杂度及其优化的途径，给出了主要模块的优化算法实验结果。 H．264/AVC仍基于以前视频编码标准的运动补偿混合编码方案，主要不同有：增强的运动预测能力，准确匹配的较小块变换，自适应环内滤波器，增强的熵编码。测试结果表明这些新特征使H．264/AVC编码器提高50％编码效率的同时，增加了一个数量级的复杂度。实际中恰当地使用H．264/AVC编码工具可以较低的实现复杂度得到与复杂配置相当的编码效率。故实际编码系统开发需要在运算复杂性和编码效率之间进行折衷、兼顾考虑。H．264/AVC引入的新编码特征既增加基本模块的复杂度，也成倍增加算法的复杂度。针对它们的作用和实现方法的不同，可采用不同的硬件实现方法。本文基于上述思路进行优化，具体的工作包括：针对去块滤波的复杂性，本文提出一种适合硬件实现的算法，使其在节省了资源的同时，很好的达到了标准所定义的性能。针对变换量化的复杂性，本文提出一种既满足整体的硬件流水结构，又极大的降低了硬件资源的实现方法。针对码率控制的实现，本文提出了一种有别于传统实现方式的算法，在保证实时性的同时，极大的提高了编码器的性能。本文基于上述算法还进行Baseline Profile编码器的研究，给出了一种实时编码器结构，实现了对高清图像格式(720P)的实时编码，并将其和当前业界先进水平进行了对比，表明本文所实现得结构能够达到当前业界的先进水平。
上传时间： 2013-07-23
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随着数字图像处理的应用领域不断扩大，实时处理技术成为研究的热点。VLSI技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA(现场可编程门阵列)的特点使其在图像采集和处理方面的应用显得更加经济、灵活、方便。 本文设计了一种以FPGA为工作核心，并实现了PCI接口的图像采集压缩系统。整个系统采用了自顶向下的设计方案，先把系统分成了三大块，即图像采集、PCI接口和图像压缩，然后分别设计各个大模块中的子模块。 首先，利用FPGA对专用视频转换器SAA7111A进行控制，因为SAA7111A是采用IC总线模块，从而完成了对SAA7111A的控制，并通过设计图像采集模块、读/写数据模块、总线管理模块等，实现把标准的模拟视频信号转换成数字视频信号并采集的功能。 其次，在了解PCI规范的前提下，深入地分析了PCI时序和地址配置空间等，设计了简化逻辑的状态机，并用VHDL硬件描述语言设计了程序，完成了简化逻辑的PCI接口设计在FPGA芯片内部的实现，达到了一33MHz、32位数据宽度、支持猝发传输的PCI从设备模块的接口功能，与传统的使用PCI专用接口芯片来实现的PCI接口比较来看，更加节约了系统的逻辑资源，降低了成本，增加了设计的灵活性。 再次，设计了WINDOWS下对PCI接口的驱动程序。驱动程序可以选择不同的方法来完成，当然每个方法都有自己的特点，对几种主要设计驱动程序的方法作以比较之后，本文选择了使用DRIVER WORKS工具来完成。通过对配置空间的设计、系统端口和内存映射的设计、中断服务的设计等，用VC++语言编写了驱动程序。 最后，考虑到增加系统的实用性和完备性，还填加设计了图像的压缩部分。这部分需要完成的工作是在上述系统完成后，再额外地把采集来的视频数据通过另一路数据通道按照一定的格式压缩后存储到硬盘中。本系统中，这部分设计是利用Altera公司提供的IP核来完成压缩的，同时还用VHDL语言在FPGA上设计了IDE硬盘接口，使压缩后的数据存储到硬盘中。
上传时间： 2013-06-01
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DVB-S(Digital Video Broadcasting bv Satellite)调制器是符合DVB-S协议的数字电视前端设备之一，也满足我国数字电视卫星广播标准，该设备可以广泛应用于数字电视卫星业务和相关数字电视业务。本文主要阐述了基于FPGA实现DVB-S调制器的信道编码和调制，按功能对DVB-S信道编码过程进行模块分解、模块接口定义，针对每个模块进行工作原理分析、算法分析、HDL描述、时序仿真及FPGA实现；DVB-S调制器的核心是信道编码和调制部分，利用FPGA在数字信号处理方面的优势，本文重点对其中的几个关键模块，包括RS编码、卷积交织器和卷积穿孔编码等的实现算法进行了比较详细的分析，并通过HDL描述和时序仿真来验证算法正确性；对FPGA各模块的资源进行了估计、利用Altera公司的Cyclone器件的内部锁相环实现ASI信号的接收；最后对整机进行了测试，测试结果表明，本文设计的DVB-S调制器技术指标满足设计要求。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：gmh1314
心血管疾病是当今危害人类健康的主要疾病之一，心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。心电图准确的自动分析与诊断对于心血管疾病的诊断起着关键的作用，也是国内外学者所热衷的研究课题。QRS复合波的检测是心电自动分析的关键环节，检出的位置精度关系到后续处理和分析的正确性和准确性。 本文在总结前人工作的基础上，对基于小波变换的QRS复合波检测算法做了深入研究;并针对小波变换算法与心电检测算法的结构提出了一种硬件实现方法。本文的主要内容包括基于小波变换的心电信号检测算法设计和该算法在FPGA系统上的实现两个部分。 对国内外近年内发展起来的各种心电检测方法进行了总结，并综合考虑检出率和硬件实现的实时性等问题，采用小波变换方法对QRS复合波进行检测。根据QRs复合波经小波变换后，心电特征波在某些尺度上对应有相对明显的模极值对，通过在对应尺度上判断模极值对，进而检测出对应的特征波。 设计了基于小波变换的心电信号检测算法的FPGA实现系统。系统主要包含三个模块：心电信号预处理模块、小波分解模块和检测模块。心电信号预处理模块对输入的心电信号进行滤波预处理，以消除工频干扰和基线漂移。小波分解模块采用流水线设计，即把各层小波分解分成各个模块独立实现，以提高运算效率。检测模块的功能是利用小波分解模块的输出结果在各尺度上寻找模极值对，并根据检测策略检测QRS复合波。 本文采用Veillog语言对设计进行了仿真验证，并通过MIT-BIH心律失常标准数据库对本文的设计实现进行性能评估，获得了较好的检出率。同时，综合结果也表明系统时钟能够工作在较高的频率，足以满足高速实时对心电信号的处理与检测。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：daoxiang126
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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随着我国信息化发展进程加快，信息化覆盖面扩大，信息安全问题也就随之增多，其影响和后果也更加广泛和严重。同时，信息安全及其对经济发展、国家安全和社会稳定的重大影响，正日益突出地显现出来，受到越来越多的关注。在和平年代，通过对信息载体进行大规模的物理破坏，从而达到危害信息安全的目的，在一定程度上是行不通的。然而，在信息安全的角力上，破坏者从来都没有放弃过，他们把目标对准了信息载体中的数据，由于数据的易失性，计算机数据成为信息安全中的最大隐患，同时也是破坏信息安全的一个突破口。 本文提出研制硬盘加密卡的主要目的是为了防止对计算机数据的窃取，保护硬盘中的数据。破坏者在得到硬盘后，也不能够得到硬盘中的数据，从而达到保护信息安全的目的。加密卡提供两个符合ATA-6标准的接口，串接在主板IDE接口和硬盘之间。存储在硬盘上的数据，是经过加密以后的加密数据；从硬盘上读出的数据，必须经过该卡的解密才可被正常使用，否则只是一堆乱码。加密卡采用FPGA技术实现IDE接口和加密算法，以减小加解密带来的速度上的影响。 论文的工作重点主要有以下几个方面的内容：FPGA及VHDL语言的研究，ATA协议标准研究及IDE接口的FPGA实现。论文对ATA协议做了细致的研究，分析了硬盘接口的工作机制以及主机与硬盘之间的通信协议，并在此基础上，重点研究了用FPGA的编程功能来实现一个计算机硬件底层接口协议的方法，详细介绍了芯片的内部框图及FPGA的软件流程图，提出了在实现过程中应注意的要点，最终用FPGA构建了一个双向IDE硬盘通道，实现了两套符合ATA-6规范的IDE接口。
上传时间： 2013-08-02
上传用户：Ants
随着多媒体编码技术的发展，视频压缩标准在很多领域都得到了成功应用，如视频会议(H.263)、DVD(MPEG-2)、机顶盒(MPEG-2)等等，而网络带宽的不断提升和高效视频压缩技术的发展使人们逐渐把关注的焦点转移到了宽带网络数字电视(IPTV)、流媒体等基于传输的业务上来。带宽的增加为流式媒体的发展铺平了道路，而高效的视频压缩标准的出台则是流媒体技术发展的关键。H.264/AVC是由国际电信联合会和国际标准化组织共同发展的下一代视频压缩标准之一。新标准中采用了新的视频压缩技术，如多模式帧间预测、1/4像素精度预测、整数DCT变换、变块尺寸运动补偿、基于上下文的二元算术编码(CABAC)、基于上下文的变长编码(CAVLC)等等，这些技术的采用大大提高了视频压缩的效率，更有利于宽带网络数字电视(IPTV)、流媒体等基于传输的业务的实现。 本文主要根据视频会议应用的需要对JM8.6代码进行优化，目标是实现基于Baseline的低复杂度的CIF编码器，并对部分功能模块进行电路设计。在设计方法上采用自顶向下的设计方法，首先对H.264编码器的C代码和算法进行优化，并对优化后的结果进行测试比较，结果显示在图像质量没有明显降低的情况下，H.264编码器编码CIF格式视频每秒达到15帧以上，满足了视频会议应用的实时性要求。然后，以C模型为参考对H.264编码器的部分功能模块电路进行设计。采用Verilog HDL实现了这些模块，并在Quartus Ⅱ中进行了综合、仿真、验证。主要完成了Zig-zag扫描和CAVLC模块的设计，详细说明模块的工作原理和过程，然后进行多组的仿真测试，结果与C模型相应部分的结果一致，证明了设计的正确性。
上传时间： 2013-06-11
上传用户：kjgkadjg
JPEG是联合图像专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写，是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图像压缩编码标准。JPEG的基于DCT变换有损压缩具有高压缩比特点，被广泛应用在数据量极大的多媒体以及带宽资源宝贵的网络程序中。 动态图像的JPEG编解码处理要求图像恢复质量高、实时性强，本课题就是针对这两个方面的要求展开的研究。该系统由图像编码服务器端和图像解码客户端组成。其中，服务器端实时采集摄像头传送的动态图像，进行JPEG编码，通过网络传送码流到客户端；客户端接收码流，经过JPEG解码，恢复出原始图像送VGA显示。设计结果完全达到了实时性的要求。 本文从系统实现的角度出发，首先分析了系统开发平台，介绍FPGA的结构特点以及它的设计流程和指导原则；然后从JPEG图像压缩技术发展的历程出发，分析JPEG标准实现高压缩比高质量图像处理的原理；针对FPGA在算法实现上的特点，以及JPEG算法处理的原理，按照编码和解码顺序，研究设计了基于改进的DA算法的FDCT和IDCT变换，以及按发生频率进行优化的霍夫曼查找表结构，并且从系统整体上对JPEG编解码进行简化，以提高系统的处理性能。最后，通过分析Nios嵌入式微处理器可定制特性，根据SOPC Builder中Avalon总线的要求，把图像采集，JPEG图像压缩和网络传输转变成用户自定义模块，在SOPC Builder下把用户自定义模块添加到系统中，由Nios嵌入式软核的控制下运行，在FPGA芯片上实现整个JPEG实时图像编解码系统(soc)。 在FPGA上实现硬件模块化的JPEG算法，具有造价低功耗低，性能稳定，图像恢复后质量高等优点，适用于精度要求高且需要对图像进行逐帧处理的远程微小目标识别和跟踪系统中以及广电系统中前期的非线性编辑工作以及数字电影的动画特技制作，对降低成本和提高图像处理速度两方面都有非常重大的现实意义。通过在FPGA上实现JPEG编解码，进一步探索FPGA在数字图像处理上的优势所在，深入了解进行此类硬件模块设计的技术特点，是本课题的重要学术意义所在。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：shangdafreya
大家都知道焊盘设计不合理将会产生很多问题，一份比较实用型的这方面标准，从生产，检验方面考虑，当然的人工检验和设备检验角度都合理.
上传时间： 2013-06-15
上传用户：whenfly
