现场可编程门阵列FPGA具有性能好、规模大、可重复编程、开发投资小等优点，在现代电子产品中应用得越来越广泛。随着微电子技术的高速发展，成本的不断下降，FPGA正逐渐成为各种电子产品不可或缺的重要部件。 FPGA软件复杂的设置和不同的算法、FPGA硬件多样的结构和丰富的功能、各个厂商互不兼容的软硬件等差异，都不仅使如何挑选合适的软硬件用于产品设计成为FPGA用户棘手的问题，而且使构造一个精确合理的FPGA软硬件性能的测试方法变得十分复杂。 基准测试是用一个基准设计集按照统一的测试规范评估和量化目标系统的软件或硬件性能，是目前计算机领域应用最广泛、最主要的性能测试技术。 通过分析影响FPGA软硬件性能基准测试的诸多因素，比如基准设计的挑选、基准设计的优化，FPGA软件的设置和约等，本文基于设计和硬件分类、优化策略分类的基准测试规范，提出了一组详尽的度量指标。 基准测试的规范如下，首先根据测试目的配置测试环境、挑选基准设计和硬件分类，针对不同的FPGA软硬件优化基准设计，然后按照速度优先最少优化、速度优先最大优化、资源和功耗优先最少优化、资源和功耗优先最大优化四种优化策略分别编译基准设计，并收集延时、成本、功耗和编译时间这四种性能数据，最后使用速度优先最少优化下的性能集、速度优先最少优化性能集、资源和功耗优先最少优化下的性能集、资源和功耗优先最大优化下的性能集、速度优先最少和最大优化之间性能集的差、速度优先最少优化下性能集的比较等十个度量指标量化性能，生成测试报告。 最后，本基准测试规范被应用于评估和比较Altera和Xilinx两厂商软硬件在低成本领域带处理器应用方面的性能。
上传时间： 2013-04-24
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MPEG-4是目前非常流行的视频压缩标准,基于MPEG-4的视频处理系统有两种体系结构:可编程结构和专用结构.可编程结构灵活,适用范围广,易于升级,但电路复杂,电路功耗大.专用视频编解码器结构硬件开销小,处理速度高.该文主要研究专用的MPEG-4视频编解码芯片设计方法.目前市场上MPEG-4视频编解码芯片主要是Simple Profile级别的,而我们设计的芯片要实现Advanced Simple Profile级别.该文采用了一种基于大规模FPGA的软硬件相结的芯片设计方案,我们设计了基于FPGA的MPEG-4芯片设计开发平台,完成算法的硬件仿真与测试.论文围绕基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统设计,分为两个部分.第一部分介绍了目前国内外实现MPEG-4视频处理系统的主要方法和应用,概述了国际上MPEG-4视频编解码芯片设计的一般方法及其发展趋势,详细描述了我们的基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统的结构.第二部分重点讲述了基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统各个电路模块的设计,包括电源模块、FPGA配置模块、时钟生成模块、视频输入/输出模块、RS232串口模块、以太网接口模块、USB接口模块等.同时也介绍了I
上传时间： 2013-06-15
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逆变器在自动控制系统、电机交流调速、电力变换以及电力系统控制中都起着重要的作用；各系统对逆变器的性能需求也越来越高。PWM控制多重逆变器正是基于这些需求，实现可变频、调压、调相、低谐波、高稳定性的解决方案。 PWM控制逆变器通过对每个脉冲宽度进行控制，以达到控制输出电压和改善输出波形的目的；多重逆变器则是把几个矩形波逆变器的输出组合起来起来形成阶梯波，从而消除谐波；PWM控制多重逆变器综合上述两种技术的特点，非常适合于应用在对谐波、电压输出及稳定性要求比较高的场合。电力半导体技术和集成电路技术的快速发展，使得多重逆变器的控制、实现成为可能。 本文首先分析风力发电系统对逆变器的要求，从多重逆变器理论和PWM逆变器理论出发，提出同步式PWM控制电压型串联多重逆变器系统解决方案。本方案也可以应用在逆变电源、交流电机调速及电力变换领域中。 文中建立了一个多重逆变器的PWM控制算法模型。该算法可完成频率、相位、幅值可调的多重逆变器的PWM控制，且能完成逆变器故障运行下的保护与告警。并在MATLAB/SIMULINK环境下对算法模型进行仿真与分析。 在比较了现有PWM发生解决方案的基础上，本文提出了一个基于FPGA(可编程逻辑阵列)的多重逆变器PWM控制系统实现方案。并给出一个主要由FPGA、ADC/DAC、驱动与保护电路、逆变器主回路及其他外围电路构成的多重逆变器系统解决方案。实验结果表明，此方案系统结构简单、可行，很好完成上述多重逆变器的PWM控制算法。
上传时间： 2013-06-28
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传统PLC使用时会出现一些问题，如程序死循环、程序跑飞、需要庞大的编译系统作支持和不能实现精确位置控制等等；而发展到OPENPLC后，这些问题依然存在。为了更好地解决这些问题，本文提出一种全新的可编程控制器现场集成技术，用FPGA来实现PLC的功能，抛弃传统PLC“程序”的概念，以“硬件线路”来实现控制功能，不论在经济上还是在性能上都具有更大的优势。 本课题在对国内外可编程控制器，重点是HardPLC的开发和应用的进展进行概述和分析的基础上，系统开展了HardPLC组成模块原理及其仿真模拟的研究。本研究的主要贡献为： 1.对比分析了CPLD和FPGA的性能特点，阐明了Xilinx公司FPGA芯片结构的两个创新概念，指出了其优越性能的结构基础； 2.系统分析了用HardPLC实现控制系统时的一些通用模块，对每个模块的工作原理进行了深入的探讨，用VHDL语言建立了每个模块的模型，在此基础上进行了仿真、综合，为进一步研究可编程控制器的现场集成奠定了基础； 3.在仿真综合的基础上，用所建立的模型完成了特定逻辑控制系统的控制要求，充分展示了其实际应用的可行性； 4.在分析Xilinx公司SPARTANII系列FPGA芯片配置模式的基础上，确定了应用于实际的基于CPLD控制的FPGA芯片SlaveParallel配置模式。 本课题研究建立的模型对于开发具有我国自主知识产权的HardPLC组成IP库具有一定的理论意义；对特定系统的控制实现，充分展示了基于FPGA的可编程控制器现场集成技术可以广泛应用于工控领域，加大推广力度和建立更多的IP库，在许多应用场合可以取代传统的PLC控制系统，为工控领域提供高可靠、低价格、简单易操作的解决方案，这将带来巨大的社会经济效益；所确定的FPGA芯片配置模式可广泛应用于对FPGA芯片配置数据的加载，在实践生产中具有重要的实用价值。
上传时间： 2013-05-30
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随着电子技术和信息技术的发展，可编程逻辑器件的应用领域越来越宽。可编程SoC设计已成为SoC设计的新方法。论文介绍了可编程逻辑器件的设计方法和开发技术，并用硬件描述语言和FPGA／CPLD设计技术，探索和研究了基于FPGA的RISCMCU的设计与实现过程。 论文参照Mircochip公司的PICl6C5X单片机的体系结构，设计了8位RISCMCU。该嵌入式MCU设计采用了自顶向下的设计方法和模块化设计思想。MCU总体结构设计划分控制模块、ALU模块、存储模块三大模块。然后，对各模块的具体技术实现细节分别进行了阐述。论文中设计的MCU能实现PICl6C5X单片机33条指令中除OPTION、CLRWDT、SLEEP和TRIS四条指令以外的其余29条指令的功能，但应用是基于FPGA的，能与其他外设IP方便的结合在一起使用，比ASIC的PICl6C57X的应用更具灵活性。 软件仿真和硬件验证表明：所设计的嵌入式MCU在各方面均达到了一定的性能指标，在Altera公司ACEX1K系列的EPlK30TCl44-3器件上的工作频率达21.88MHz。这些为自主设计R／SCMCU的IP核提供了值得借鉴的探索成果和设计思路，在通用控制领域也有一定的实用价值。 此外，论文中还介绍了三相SPWM控制模块的设计，该模块具有死区时间和载波比任意可调的特点，可以单独应用，也可以作为MCU的外设子模块应用。
上传时间： 2013-07-16
上传用户：熊少锋
随着计算机和集成电路技术的不断发展,基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流.现场可编程门阵列(FPGA)作为一种可编程专用集成电路(ASIC)已经广泛应用于计算机、通信、航空航天等各个领域.一般来讲,FPGA多用于高速通信和高速信号处理领域,以发挥其处理速度快的特点,本文将其应用于一低速低功耗系统——某水下远程遥控接收系统,主要用其在频域来实现水下远程遥控的解码,取得了令人满意的效果.该文主要做了以下几方面的工作.首先,深入研究和分析了在频域实现水下远程遥控解码的原理并进行了遥控指令编码设计;其次,用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片完成了水下远程遥控FPGA解码芯片的设计工作,包括硬件描述语言(VHDL)编码、电路前后仿真、综合和布局布线工作,并对设计的FPGA解码芯片进行了初步的功耗估算:最后设计制作了一块FPGA解码芯片电路验证测试板,并完成了电路调试和测试.实验测试结果表明,用FPGA实现水下远程遥控解码电路的方案是可行的,可以有效地缩小系统体积、提高系统可靠性,在保证系统性能情况下做到更低的功耗,还可以实现在系统配置和编程,使得系统的调试、升级和维护更加灵活方便.
上传时间： 2013-06-03
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RS(Reed-Solomon)码是差错控制领域中一类重要的线性分组码，由于其出众的纠错能力，被广泛地应用于各种差错控制系统中，以满足对数据传输通道可靠性的要求。 本文主要研究RS码的编译码方法以及基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的RS码的实现方法。对所设计的编码译码器的主要性能指标进行了仿真及实际功能测试，并给出了时序仿真波形图和实际测试的结果。最后对于RS软判决译码器的实现进行试探性的研究。 本文的主要工作有：1)采用现场可编程门阵列(FPGA)实现了 RS 码的编码和译码；2)采用更高效的RiBM算法，不仅减少了逻辑单元(Logic Element)的使用量，而且速度上也得到提高；3)用 VHDL 语言实现RS编码译码，包括伽罗华(Galoias)域内的乘法除法器的设计，伴随式求解电路，关键方程求解电路等；4)对于钱搜索电路的实现进行了改进；5)硬件上用ALrERA公司Cyclone系列的。EP1C20F324C8芯片加以实现。
上传时间： 2013-04-24
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在信道编码的发展进程中，编码研究人员一直致力于追寻性能尽可能的接近Shannon极限，且译码复杂度较低的信道编码方案。1993年Berrou等提出了Turbo码，这种码在接近香农极限的低信噪比下仍能够获得较低的误码率，它的出现在编码界引起了广泛的关注，并成为编码研究领域最新的发展方向之一。但Turbo码也有其缺点，由于交织器的存在，致使译码复杂度高，译码时延长且因为低码重码字，存在错误平台现象。在Turbo码的基础上，1994年，Pyndiah等提出了Turbo乘积码，Turbo乘积码继承了Turbo码的优点，又因为Turbo乘积码的构造采用了线性分组码，所以译码方法比Turbo码简单。Turbo乘积码近年来开始被广泛到应用到各种通信场合，大有取代传统的卷积码之势。 本文首先围绕Turbo乘积码的编译码原理，阐述了涉及到的基础知识；又据Turbo乘积码目前的应用状况，回顾了Turbo码的发展历史；其次，根据Turbo乘积码的构造原理，探讨了构造的方法，交织类型，子码的选择及子码的性能；再次，研究了Turbo乘积码的概率译码，基于外信息的迭代算法，研究了Chase的译码算法；最后通过软件仿真实现了该迭代译码算法，得到的结果达到了通信接收的要求。 本文还初步的阐述了Turbo乘积码硬件实现系统的设计方案。据实际工作中碰到的非标准信号，给出了整体模块设计图，及相应模块的功能和模块问连接的各种参数。并实现了模态下的同步搜索和去除相位模糊功能。最后根据研究中碰到的各种问题，提出了下一步工作建议和研究方向。
上传时间： 2013-07-02
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本文提出了一种高速Viterbi译码器的FPGA实现方案。这种Viterbi译码器的设计方案既可以制成高性能的单片差错控制器，也可以集成到大规模ASIC通信芯片中，作为全数字接收的一部分。 本文所设计的Viterbi译码器采用了基四算法，与基二算法相比，其译码速率在理论上约提升一倍。加一比一选单元是Viterbi译码器最主要的瓶颈所在，本文在加一比一选模块中采用了全并行结构的设计方法，这种方法虽然增加了硬件的使用面积，却有效的提高了译码器的速率。在幸存路径管理部分采用了两路并行回溯的设计方法，与寄存器交换法相比，回溯算法更适用于FPGA开发设计。为了提高译码性能，减小译码差错，本文采用较大译码深度的回溯算法以保证幸存路径进行合并。实现了基于FPGA的误码测试仪，在FPGA内部完成误码验证和误码计数的工作。 与基于软件实现译码过程的DSP芯片不同，FPGA芯片完全采用硬件平台对Viterbi译码器加以实现，这使译码速率得到很大的提升。针对于具体的FPGA硬件实现，本文采用了硬件描述语言VHDL来完成设计。通过对译码器的综合仿真和FPGA实现验证了该方案的可行性。译码器的最高译码输出速率可以达到60Mbps。
上传时间： 2013-04-24
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AES是美国于2000年10月份确立的高级加密标准，该标准的反馈链路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全数据网络的关键，要保证在公众网上传输的信息不被窃取和偷听，必须对数据进行加密。在不影响网络性能的前提下，快速实现数据加密/解密，对于开发高性能的安全路由器、安全网关等对数据处理速度要求高的通信设备具有重要的意义。 在目前可查询的基于FPGA技术实现AESCBC的设计中，最快的加/解密速度达到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔腾4主频3.06，用汇编语言编写程序，全部资源用于加密解密，最快的加密解密速度可以达到1.4Gbps。但根据国外测试结果表明，即使开发的路由器本身就基于高性能的双64位MIPS网络处理器，软件加密解决方案仅能达到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前几种实现AESCBC的方法有缺点的情况下，在深入研究影响硬件快速实现AESCBC难点基础上，设计出一种适应于报文加密解密的硬件快速实现AESCBC的方案，在设计中采用加密解密和密钥展开并行工作，实现了在线提供子密钥。在解密中采用了双队列技术，实现了报文解密和子密钥展开协调工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真设计方案的基础上，全面验证了硬件实现AESCBC方案的正确性，全面分析了本设计加密解密的性能。并且针对设计中的流水线效率低的问题，提出改善流水线性能的方案，设计出报文级并行加密解密方案，并且给出了硬件实现VPN的初步方案。实现了单一模块加密速度达到1.16Gbps，单一模块解密速度达到900Mbps，多个模块并行工作加密解密速度达到6.4Gbps。 论文最后给出了总结与展望。目前实现的AESCBC算法，只能通过仿真验证其功能的正确性，还需要下载到芯片上做进一步的验证。要用硬件实现整个IPSec，还要进一步开发基于FPGA的技术。总之，为了适应路由器发展的需求，还有很多技术需要研究。
上传时间： 2013-05-29
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