本课题是在课题组已实现的高速串行通信平台的基础上，进一步引伸，设计开源的PCI软核通信模块替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在从模式下，做到占用资源更少，传输速度更快，也为以后实现更完整的功能提供平台。 本文以此为背景，基于FPGA平台，搭建以开源的PCI软核为核心的串行通信接口平台，使其成为PCI总线与用户逻辑之间的桥梁，使用户逻辑避开与复杂的PCI总线协议。本课题采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板作为串行通信接口的硬件实验平台，实现了支持配置读/写交易、单数据段读/写、突发模式读/写、命令/地址译码功能和数据传送错误检测与处理功能的PCI软核。 本文主要阐述了以PCI软核为核心的串行通信平台的实现，首先介绍了PCI软核的编程语言、软件工具和硬件实验平台Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板。然后，介绍了PCI总线命令、PCI软核所支持的功能、PCI软核两侧信号的定义、PCI软核配置模块以及探讨了PCI软核的状态机接收、发送数据等过程，分析了PCI软核的数据收发功能仿真，主要包括配置读/写交易、单数据段模式读/写和突发模式读/写的仿真图形，并阐述了管脚约束的操作流程。最后介绍PCI软核模块的WDM驱动，内容包括驱动程序简介、驱动程序的开发、中断处理、驱动程序与应用程序之间的通信以及应用程序操作。最后，对PCI软核的各种性能进行了比较分析。整个模块设计紧凑，完成在实验平台上的数据发送。 设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在开发工具Xilinx ISE7.1中完成整个系统的设计、综合、布局布线，利用Modelsim进行功能及时序仿真，使用DriverWorks为PCI软核编写WinXP下的驱动程序，用VC++6.0编写相应的测试应用程序。之后，将FPGA设计下载到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板中运行。 文章最后指出工作中的不足之处和需要进一步完善的地方。
上传时间： 2013-04-24
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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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随着数码技术的不断发展，数字图像处理的应用领域不断扩大，其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)的特点使其非常适用于进行一些基于像素级的图像处理。 传统的图像显示系统必须连接到PC才能观察图像视频，存在着高速实时性、稳定性问题。本设计脱离高清晰工业相机必须与PC连接才可以观看到高清晰图像的束缚，实现系统的小型化。针对130万像素彩色1/2英寸镁光CMOS图像传感器，提出用硬件实现Bayer格式到RGB格式转换的设计方案，完成由黑白图像到高清彩色图像的转换，用SDRAM作缓存，输出标准VGA信号，可直接连接VGA显示器、投影仪等设备进行实时的视频图像观看，与模拟相机740X576分辨率(480线)图像相比，设计图像画质相当于1280X1024分辨率(750线)，最高帧率25fps，整个结构应用FPGA作为主控制器，用少量的缓存代替传统的大容量存储，加快了运算速率，减小了电路规模，满足图像实时处理的要求，使展现出来的视频图像得到质的飞跃。可以广泛应用于工业控制和远程监控等领域。 论文研究的重点是采用altera公司EP2C芯片前端驱动CMOS图像传感器，实时采集Bayer图像象素，分析研究CFA图像插值算法，实现了基于FPGA的实时线性插值算法，能够对输入是每像素8bit、分辨率为1280×1204的Bayer模式图像数据进行实时重构，输出彩色RGB图像。由端口FIFO作为数据缓冲，存储一帧图像到高速SDRAM，构建VGA显示控制器，实现对输入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率为640×480、帧频25HZ彩色图像进行实时显示。 整个模块结构包括电源模块单元等、CMOS成像单元、FPGA数据处理单元、SDRAM控制单元、VGA显示接口单元。 最后，对系统进行了调试。经实验验证，系统达到了实时性，能正确和可靠的工作。整个设计模块能够满足高帧率和高清晰的实时图像处理，占用系统资源很少，用较少的时间完成了图像数据的转换，提高了效率。
上传时间： 2013-06-08
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本文提出了一种基于FPGA的硬件防火墙的实现方案，采用了FPGA来实现千兆线速的防火墙。传统的基于X86等通用CPU的防火墙无法支撑快速增长的网络速度，无法实现线速过滤和转发。本文在采用FPGA可编程器件+通用CPU模式下，快速处理网络数据。网络数据在建立连接跟踪后，直接由FPGA实现的快速处理板直接转发，实现了网络数据的线速处理，通用CPU在操作系统支持下，完成网络数据的连接跟踪的创建、维护，对网络规则表的维护等工作。FPGA硬件板和CPU各司所长，实现快速转发的目的。 本文设计了基于FPGA的硬件板的硬件规格，提出了硬件连接跟踪表的存储模式，以及规则表的存储模式和定义等； 防火墙系统软件采用NetBSD操作系统，完成了硬件板的NetBSD的驱动；在软件系统完成了新建连接的建立、下发、老化等工作；在连接跟踪上完成了规则的建立、删除、修改等工作。 本文完成了防火墙的实现。实现了基于连接跟踪的包过滤、地址转换（NAT），设计了连接跟踪的关键数据结构，包过滤的关键数据结构等，重用了NetBSD操作系统的路由。本文针对地址转换应用程序的穿透问题，新增了部分实现。 在DoS攻击是一种比较常见的攻击网络手段，本文采用了软硬件结合的方法，不仅在软件部分做了完善，也在硬件部分采取了相应的措施，测试数据表明，对常见的Syn洪水攻击效果明显。 在实践过程中，我们发现了NetBSD操作系统内核的软件缺陷，做了修正，使之更完善。 经过测试分析，本方案不仅明显的优于X86方案，和基于NP方案、基于ASIC方案比较，具有灵活、可配置、易升级的优点。
上传时间： 2013-06-21
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Scaler是平板显示器件(FPD，Flat Panel Display)中的重要组成部分，它将输入源图像信号转换成与显示屏固定分辨率一致的信号，并控制其显示在显示屏上。本文在研究图像缩放算法和scaler在FPD中工作过程的基础上，采用自上而下(Top-down)的设计方法，给出了scaler的设计及FPGA验证。该scaler支持不同分辨率图像的缩放，且缩放模式可调，也可以以IP core的形式应用于相关图像处理芯片中。 图像缩放内核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要运算单元，完成图像缩放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的结构设计决定着缩放性能的优劣，也是控制芯片成本的关键。因此，本文从缩放内核的结构入手，对scaler的总体结构进行了设计；通过对图像缩放中常用算法的深入研究提出了一种新的优化算法——矩形窗缩放算法，并对其计算进行分析和简化，降低了计算的复杂度。FPGA设计中，采用列缩放与行缩放分开处理的结构，使用双口RAM作为两次缩放间的数据缓冲区。使用这种结构的优势在于：行列缩放可以同时进行，数据处理的可靠性高、速度快：内核结构简单明了,数据缓冲区大小合适，便于设计。此外，本文还介绍了其他辅助模块的设计，包括DVI接口信号处理模块、缩放参数计算与控制模块以及输出信号检测与时序滤波模块。 本设计使用Verilog HDL对各模块进行了RTL级描述，并使用Quartus II7.2进行了逻辑仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片来进行验证。通过逻辑验证和系统仿真，证明该scaler的设计达到了预期的目标。对于不同分辨率的图像，均可以在显示屏上得到稳定的显示。
上传时间： 2013-05-30
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波前处理机是自适应光学系统中实时信号处理和运算的核心，随着自适应光学系统得发展，波前传感器的采样频率越来越高，这就要求波前处理机必须有更强的数据处理能力以保证系统的实时性。在整个波前处理机的工作流程中，对CCD传来的实时图像数据进行实时处理是第一步，也是十分重要的一步。如果不能保证图像处理的实时性，那么后续的处理过程都无从谈起。因此，研制高性能的图像处理平台，对波前处理机性能的提高具有十分重要的意义。 论文介绍了本研究课题的背景以及国内外图像处理技术的应用和发展状况，接着介绍了传统的专用和通用图像处理系统的结构、特点和模型，并通过分析DSP芯片以及DSP系统的特点，提出了基于DSP和FPGA芯片的实时图像处理系统。该系统不同于传统基于PC机模式的图像处理系统，发挥了DSP和FPGA两者的优势，能更好地提高图像处理系统实时性能，同时也最大可能地降低成本。 论文根据图像处理系统的设计目的、应用需求确定了器件的选型。介绍了主要的器件，接着从系统架构、逻辑结构、硬件各功能模块组成等方面详细介绍了DSP+FPGA图像处理系统硬件设计，并分析了包括各种参数指标选择、连接方式在内的具体设计方法以及应该注意的问题。 论文在阐述传输线理论的基础上，在制作PCB电路板的过程中，针对高速电路设计中易出现的问题，详细分析了高速PCB设计中的信号完整性问题，包括反射、串扰等，说明了高速PCB的信号完整性、电源完整性和电磁兼容性问题及其解决方法，进行了一定的理论和技术探讨和研究。 论文还介绍了基于FPGA的逻辑设计，包括了图像采集模块的工作原理、设计方案和SDRAM控制器的设计，介绍了SDRAM的基本操作和工作时序，重点阐述系统中可编程器件内部模块化SDRAM控制器的设计及仿真结果。 论文最后描述了硬件系统的测试及调试流程，并给出了部分的调试结果。 该系统主要优点有：实时性、高速性。硬件设计的执行速度，在高速DSP和FPGA中实现信号处理算法程序，保证了系统实时性的实现；性价比高。自行研究设计的电路及硬件系统比较好的解决了高速实时图像处理的需求。
上传时间： 2013-05-30
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图像采集系统是数字图像信号处理过程中不可缺少的重要部分，它将前端相机所捕获的模拟信号转化为数字信号，或者直接从数字相机中获取数字信号，然后通过高速的计算机总线传回计算机，凭借计算机的强大的运算、数据存储与处理等操作能力，可以方便快捷地对信号进行分析处理，具有人机友好、功能灵活、可移植性强等优点。随着对数据传送速度要求的提高，PCI总线以其高的数据传输率，即插即用，低功耗等众多优点，得到广泛的应用。本文针对PCI总线接口电路使用的广泛性，介绍了PLX公司桥接芯片PCI9054主模式的工作原理和中断机制，采用可编程逻辑器件FPGA实现与PCI9054的本地接口的信号转换，给出了逻辑实现方案和仿真图。本文针对FPGA中各功能模块的逻辑设计进行了详细分析，并对每个模块都给出了精确的仿真结果。同时，文中还在其它章节详细介绍了系统的硬件电路设计、并行接口设计、PCI接口设计、PC端控制软件设计以及用于调试过程中的SignalTapⅡ嵌入式逻辑分析仪的使用方法，并且也对系统的仿真结果和测试结果给出了分析及讨论。最后还附上了系统的PCB版图、FPGA逻辑设计图、实物图及注释详细的相关源程序清单。在文章的软件设计部分介绍了WinDriver驱动开发工具，利用WinDriver工具，在WindowsXP系统下实现设备的驱动程序开发，完成主模式数据传输和设备中断的功能。
上传时间： 2013-06-09
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随着计算机科学在人机交互领域的极大发展，作为人脸信息处理中的一项关键技术，人脸检测现在已经成为模式识别，计算机视觉和人机交互领域不可缺少的一部分。但是，人脸检测算法存在计算量大、速度慢等缺点。软件实现方式无法达到实时处理要求，而现有的硬件实现需要占用大量硬件资源。 本文针对现有人脸检测硬件实现的缺点，通过对Adaboost算法和现有硬件结构的分析，提出了双流水线硬件检测架构：扫描窗口流水线、特征向量流水线。并在Vertex-II Pro FPGA平台验证成功，达到实时检测的标准。具体工作和创新点包括如下几点： 介绍了人脸检测的原理以及人脸检测经典算法。其中，详细介绍了Adaboost算法。 对现有的结构进行详细分析。指出现有各架构的缺点，即资源占用多，检测速度慢。针对这两个问题，本文提出了一个适合嵌入式应用的扫描窗口、特征向量双流水线检测硬件架构，详细说明了该架构的工作原理，并在该架构基础上，通过加入预测加载技术，进一步提高检测速度。随后，采用存储器访问效率，架构内部存储单元大小，检测时间长短，运算单元数量四个标准，详细比较了新架构和现有架构的差别，显示出新架构的优势。 基于提出的架构，给出了Adaboost人脸检测系统的VLSI实现方案。本文中，采用自顶向下的设计方法将人脸检测系统分成若干个子模块，然后对每个子模块进行详细的设计和说明，给出了每个子模块的硬件架构、状态转换以及verilog实现后的仿真波形。 采用Xilinx公司的VII Pro FPGA开发板完成人脸检测系统的硬件验证。FPGA验证结果表明对于QCIF分辨率的视频图像，人脸检测系统能够达到50fps的检测速度，满足实时检测的要求。
上传时间： 2013-06-15
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串行数字接口SDI是目前使用最广泛的数字视频接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267标准制定的，己经被世界上众多数字视频设备生产厂家普遍采纳并作为标准视频接口，主要用在非线性编辑系统、视频服务器、虚拟演播室以及数字切换矩阵和数字光端机等场合。 以往的SDI接口在实现方法上有成本高、灵活性低等缺点，针对这些不足，本文在研究串行数字接口工作原理的基础上，提出了一种基于FPGA的标清串行数字接口(SD-SDI)的设计方案，并使用SOPC Builder构成一个Nios II处理器系统，将SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA内部，从而提高系统的集成度，使之具有视频数据处理速度快、实时性强、性价比高的特点。具体研究内容包括： 1.在分析SDI接口的硬件结构和工作原理的基础上，提出了串行数字接口的嵌入式系统设计方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片内部配置以及驱动电路、均衡电路、电源电路等硬件电路设计。 2.采用软逻辑方法实现SDI接口的传输功能，进行了具体的模块化设计与仿真。 3.引入Nios II嵌入式软核处理器对数据进行处理，设计了视频图像数据的采集程序。 该传输系统以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8为核心芯片，通过发送和接收电路的共同作用，能够完成标清数字视频信号的传输，初步确立了以SDI接口为数据源的视频信号传输系统的整体模式和框架。
上传时间： 2013-07-31
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码元定时恢复(位同步)技术是数字通信中的关键技术。位同步信号本身的抖动、错位会直接降低通信设备的抗干扰性能，使误码率上升，甚至会使传输遭到完全破坏。尤其对于突发传输系统，快速、精确的定时同步算法是近年来研究的一个焦点。本文就是以Inmarsat GES/AES数据接收系统为背景，研究了突发通信传输模式下的全数字接收机中位同步方法，并予以实现。 本文系统地论述了位同步原理，在此基础上着重研究了位同步的系统结构、码元定时恢复算法以及衡量系统性能的各项指标，为后续工作奠定了基础。 首先根据卫星系统突发信道传输的特点分析了传统位同步方法在突发系统中的不足，接下来对Inmarsat系统的短突发R信道和长突发T信道的调制方式和帧结构做了细致的分析，并在Agilent ADS中进行了仿真。 在此基础上提出了一种充分利用报头前导比特信息的，由滑动平均、阈值判断和累加求极值组成的快速报头时钟捕获方法，此方法可快速精准地完成短突发形式下的位同步，并在FPGA上予以实现，效果良好。 在长突发形式下的报头时钟捕获后还需要对后续数据进行位同步跟踪，在跟踪过程中本论文首先用DSP Builder实现了插值环路的位同步算法，进行了Matlab仿真和FPGA实现。并在插值环路的基础上做出改进，提出了一种新的高效的基于移位算法的位同步方案并予以FPGA实现。最后将移位算法与插值算法进行了性能比较，证明该算法更适合于本项目中Inmarsat的长突发信道位同步跟踪。 论文对两个突发信道的位同步系统进行了理论研究、算法设计以及硬件实现的全过程，满足系统要求。
上传时间： 2013-04-24
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