作为嵌入式系统核心的微处理器，是SOC不可或缺的“心脏”，微处理器的性能直接影响着整个SOC的性能。 与国际先进技术相比，我国在这一领域的研究和开发工作还相当落后，这直接影响到我国信息产业的发展。本着赶超国外先进技术，填补我国在该领域的空白以摆脱受制于国外的目的，我国很多科研单位和公司进行了自己的努力和尝试。经过几年的探索，已经有多种自主知识产权的处理器芯片完成了设计验证并逐渐进入市场化阶段。我国已结束无“芯”的历史，并向设计出更高性能处理器的目标迈进。 艾科创新微电子公司的VEGA处理器，是公司凭借自己的技术力量和科研水平设计出的一款64位高性能RSIC微处理器。该处理器基于MIPSISA构架，采用五级流水线的设计，并且使用了高性能处理器所广泛采用的虚拟内存管理技术。设计过程中采用自上而下的方法，根据其功能将其划分为取指、译码、算术逻辑运算、内存管理、流水线控制和cache控制等几个功能块，使得我们在设计中能够按照其功能和时序要求进行。 本文的首先介绍了MIPS微处理器的特点，通过对MIPS指令集和其五级流水线结构的介绍使得对VEGA的设计有了一个直观的认识。在此基础上提出了VEGA的结构划分以及主要模块的功能。作为采用虚拟内存管理技术的处理器，文章的主要部分介绍了VEGA的虚拟内存管理技术，将VEGA的内存管理单元(MMU)尤其是内部两个翻译后援缓冲(TLB)的设计作为重点给出了流水线处理器设计的方法。结束总体设计并完成仿真后，并不能代表设计的正确性，它还需要我们在实际的硬件平台上进行验证。作为论文的又一重点内容，介绍了我们在VEGA验证过程中使用到的FPGA的主要配置单元，FPGA的设计流程。VEGA的FPGA平台是一完整的计算机系统，我们利用在线调试软件XilinxChipscope对其进行了在线调试，修正其错误。 经过模块设计到最后的FPGA验证，VEGA完成了其逻辑设计，经过综合和布局布线等后端流程，VEGA采用0.18工艺流片后达到120MHz的工作频率，可在其平台上运行Windows-CE和Linux嵌入式操作系统，达到了预计的设计要求。
上传时间： 2013-07-07
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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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近年来,随着微电子技术的高速发展,数字图像压缩编码技术的逐渐成熟,实时图象处理在多媒体、HDTV、图像通信等领域有着越来越广泛的应用,图像压缩/解压的IC芯片也已成为多媒体技术的核心,实现这些算法芯片的研究成为信息产业的新热点.该文基于FPGA设计了JPEG图像压缩编解码芯片,通过改进算法优化结构,在合理地利用硬件资源的条件下,有效地挖掘出算法内在的并行性.在JPEG编码器设计中,改进了JEONG的DCT变换算法,采用流水线优化算法解决时间并行性问题,提高了DCT/IDCT模块的运算速度;设计了基于查找表结构的定点乘法器,便于在设计中共享乘法单元,以适应流水线设计的要求;依据Huffman编码表的规律性,采用并行查找表结构,用较少的存储单元完成Huffman编解码的运算,同时也提高了编解码速度.在JPEG解码器设计中,根据Huffman码字本身的特点和JPEG标准,设计了一种Huffman码字分组结构,基于该结构提出分组Huffman查找表及地址编码的设计方法,进而完成了新的快速Huffman解码算法及其模块设计.整个设计及其各个模块都在ALTERA公司的EDA工具QUARTUSII平台上进行了逻辑综合及功能和时序仿真.综合和仿真结果表明,基于FPGA的JPEG图像编解码芯片消耗很少的FPGA硬件资源,达到了较高的工作频率,在速度和资源利用率方面均达到了较优的状态,可满足实时JPEG图像编解码的要求.在逻辑设计的基础上,该设计可以进一步作硬件仿真和实验,将源代码烧录进FPGA芯片,作为独立器件或有自主知识产权的JPEG IP模块,应用于可视电话、手机和会议电视等低成本JPEG编解码系统的实现.
上传时间： 2013-05-31
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微电子技术的发展，特别是可编程逻辑器件的产生加速了电子设计技术的发展，现代电子设计技术的核心日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA技术。EDA技术采用的自顶向下设计流程代替了原有的自下而上设计流程，缩短了集成电路的开发周期，节省了开发费用，促进了集成电路的发展。布局布线是计算机设计自动化的一个重要环节，也是计算机辅助设计的一个重要课题，其性能的好坏直接影响到电子设计自动化技术的可靠性。 本文首先介绍了布局布线前的背景知识，然后对学术上成熟的VPR布局布线工具所采用的算法进行了阐述，分别介绍用于布局的模拟退火算法和布线的A*迭代式迷宫搜索算法，最后重点研究了自动布线算法，并作出了以下改进；根据FPGA布线算法的需要对双向启发式搜索算法进行了相应的理论分析及改进；基于VPR实现了网线递增排序方法，并与网线递减排序进行了比较；在原有的时序驱动布线启发式函数中引入了面积约束条件以节约FPGA布线的面积。 通过对测试数据的分析比较，发现：引入双向启发式搜索算法能大大增加布线拆线的速度；递增有序比递减有序布线减少了运行时间；时序驱动布线算法中引入面积约束后，大大减少了布线面积。
上传时间： 2013-07-17
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随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件取得了迅速的发展，其功能日益强大，FPGA内部可用逻辑资源飞速增长，近来推出的FPGA都针对数字信号处理的特点做了特定设计，集成了存储器、锁相环（PLL）、硬件乘法器、DSP模块等，通过使用各个公司提供的FPGA开发软件使用硬件描述语言，可以实现特定的信号处理算法，如FFT、FIR等算法，为电子设计工程师提供了新的选择。实时图像处理系统采用FPGA+DSP的结构来完成整个复杂的图像处理算法。将图像处理算法进行分类，FPGA和DSP份协作发挥各自的长处，对于算法实现简单、运算量大、实时性高的这类处理过程由大容量高性能的FPGA实现，DSP则用来处理经过预处理后的图像数据，来运行算法结构复杂，乘加运算多的算法。整个系统主要包括FPGA处理单元、DSP处理单元以及PCI接口通讯三个部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及应用，完成了Stratix芯片的选型。设计了数字图像处理板的电路原理图和PCB设计图。并对电路板进行调试，工作正常。（2）完成了FPGA程序下载电缆的PCB电路设计，并调试成功，应用到FPGA的调试下载配置中，取得了良好的实验与经济效果。（3）充分利用FPGA的设计开发软件与工具，完成了中值滤波、形态学滤波和自适应阈值的FPGA实现，并给出了详细的实现过程。将算法下载到FPGA芯片，经过试验调试，达到要求。（4）研究了PCI接口通讯的实现方式，选用PCI9054芯片实现通讯，完成PCI接口电路设计，经过调试，实现了中断、DMA等方式，满足了数据传输的要求。（5）学习了C6701DSP芯片的工作特性以及内部功能结构，完成了DSP外围存储器的扩展、时钟信号发生以及电源模块等外围电路的设计。
上传时间： 2013-07-22
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随着现代雷达技术的不断发展,电子侦察设备面临电磁环境日益复杂多变,发展宽带化、数字化、多功能、软件化的电子侦察设备已是一项重要的任务.然而,目前的宽带A/D与后续DSP之间的工作速率总有一到两个数量级的差别,二者之间的瓶颈成为电子侦察系统数字化的最大障碍.通信领域软件无线电的成功应用为电子侦察系统的发展提供了一种理想模式.另一方面,微电子技术的快速发展,以及FPGA的广泛应用,在很大程度上影响了数字电路的设计与开发.这也为解决高速A/D与DSP处理能力之间的矛盾提供了一种有效的解决方法.为了解决宽带A/D与后续DSP之间的瓶颈问题,本文给出了一种基于多相滤波的宽带数字下变频结构,并从软件无线电原理出发,从理论推导和计算机仿真两方面对该结构进行了验证,并进一步给出该结构改进方案以及改进的多相滤波数字下变频结构的硬件实现方法.本文将多相滤波下变频的并行结构应用到数字下变频电路中,并在后继的混频模块中也采用并行混频的方式来实现,不仅在一定程度上解决了二者之间的瓶颈问题,同时也大大提高了实时处理速度.经过多相滤波下变频处理后的数据,在速率和数据量上都有大幅减少,达到了现有通用DSP器件处理能力的要求.另外,本人还用FPGA设计了实验电路,利用微机串口,与实验目标板进行控制和数据交换.利用FPGA的在线编程特性,可以方便灵活的对各种实现方法加以验证和比较.
上传时间： 2013-04-24
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随着微电子技术和电力电子技术的飞速发展，运动控制系统正朝着通用化、智能化、微型化的方向发展。目前，以数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）为核心的运动控制卡已成为运动控制器的发展主流。它可方便地以插卡形式嵌入PC机，将PC机强大的信息处理能力和开放式特点与运动控制卡的运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制方便、通用性好的特点。因此，本文通过对运动控制技术的深入研究，开发了一款以DSP和FPGA为主控单元、基于PCI总线的运动控制卡。 首先，设计了运动控制卡硬件电路，对控制卡的DSP和FPGA外围电路、PCI总线接口电路、模拟量输出电路、编码器信号采集电路、通用I/O接口电路等实现方法进行了详细讨论。 为提高控制卡的硬件集成度和可靠性，通过对FPGA的编程设计，在FPGA中实现了PCI总线目标设备接口控制器、双端口RAM、DDA精插补电路、DAC接口电路、编码器信号处理电路和数字I/O信号处理电路。 基于改进的数字PID控制器和前馈控制，设计开发了运动控制卡的位置闭环伺服控制器，并整定了控制器参数，获得良好的伺服控制特性。 最后，采用WinDriver开发了控制卡的驱动程序，并详细介绍了驱动程序的开发流程。
上传时间： 2013-08-01
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小波变换是一种新兴的理论，是数学发展史上的重要成果。它无论对数学还是对工程应用都产生了深远的影响。最新的静态图像压缩标准JPEG2000就以离散小波变换(DWT)作为核心变换算法。 本文首先较为详细地分析了小波变换的理论基础，对多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介绍。然后分析了JPEG2000所采用的小波滤波器，并引入了一个新的LS97小波。该小波系数简单、易于硬件实现，并且与CDF97小波有很好的兼容性，可作为CDF97小波的替代者。使用Matlab对CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真测试，结果表明这两个小波具有几乎相同的性能。在确定所用的小波后，本文设计了二维离散小波变换的硬件结构。设计过程中对标准二维小波变换做了优化，即将行变换和列变换的归一化步骤合并计算，这样可以减少两次乘法操作。另外还使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式来优化设计。对于边界数据的处理，本文采用了嵌入式对称延拓技术，不需要额外的缓存，节约了硬件资源。为提高硬件利用率，本文将LeGall53小波变换和LS97小波变换统一起来，只要一个控制信号就可实现两者之间的转换。本文所提出的结构采用基于行的变换方式，只需要六行中间数据即可完成全部行数据的小波变换。采用流水线技术提高了整个设计的运行速度。最后也给出了二维离散小波反变换的实现结构。 在完成硬件结构设计的基础上，使用Verilog硬件描述语言对整个设计进行了完全可综合的RTL级描述，采用同步设计，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA开发软件ISE6.3i中对正反小波变换做了仿真和实现，结果表明，本设计能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波变换，可以满足各种实时性要求。
上传时间： 2013-07-25
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矿用隔爆馈电开关是煤矿井下配电系统的关键设备，作为配电开关，用于含有瓦斯或煤尘等爆炸危险环境的矿井中，控制和保护低压供电网络。其性能好坏直接影响着煤矿井下的生产安全和生产效率，而目前国内馈电开关普遍存在集成度低、可靠性差、智能监控水平低等缺点。 本课题将嵌入式网络控制系统应用到馈电开关中，通过对矿山供电系统工作原理、真空馈电开关工作原理以及基于EasyARM2200(Philips LPC2210为处理器、ARM7为内核)嵌入式网络控制系统的研究，实现了总体网络拓扑结构的设计和智能馈电开关控制系统硬件电路的设计；通过对嵌入式实时操作系统的移植、嵌入式TCP/IP协议栈的实现和移植以及基于C/S模式下的套接字编程等的研究和分析，完成了监控主机与嵌入式系统的通信软件和保护控制算法的应用程序的编写，从而实现了矿井地面监控主机与井下嵌入式系统馈电开关的快速通信，解决了地面监控主机对井下馈电回路及电气开关的远程智能监控的难题，最终设计出一套集实时保护控制和远程监控功能于一身的智能型馈电开关网络控制系统。 实验结果表明：在嵌入式系统端的通信软件和监控主机端的通信软件的驱动下，实现了嵌入式系统与监控主机的快速远程通信，通信速度快、可靠性高、可视化效果好，完全满足了监控系统的快速通信要求。 本课题的研究成果为工业控制领域提供了一个开放式、全分布、可互操作性的通信控制平台，为提高煤矿井下设备的远程智能监控水平和安全操控系数提供了新的解决方法，为地面监控系统实现更大规模、更深层次地对井下电气设备的集中控制、分散管理奠定了理论和实践基础。
上传时间： 2013-06-25
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生物识别技术代表了未来身份验证技术的发展方向，而指纹识别技术又是最可靠、最有效的生物识别技术之一。目前，指纹识别技术是优于其它生物识别技术的身份鉴别方法。这是因为人的指纹各不相同、终生基本不变的特点已经得到公认，特别是现有的指纹识别算法已达到识别迅速、准确可靠的水平，是完全可以商业化的生物识别技术。 传统的指纹识别系统多是基于PC平台，这种系统将指纹图像处理和指纹匹配甚至指纹采集控制都放在PC平台上，在获得了较高速度和开发效率的同时，缺点也是显而易见的，其体积庞大，成本较高。而已有的嵌入式指纹识别系统多是基于单片机和DSP的，不是在运算速度上受到硬件限制，就是在系统的扩展性、可维护性及用户交互上有诸多不足。 近年来指纹识别应用的普及对自动指纹识别系统的便携性和易用性提出了更高的要求，指纹识别技术正向着小型化和嵌入式的方向发展。在微电子领域，以ARM、DSP、FPGA为代表的嵌入式微处理器的性能飞速提高，为构建嵌入式系统提供了硬件保证。 ARM是当前最为流行的32位RISC处理器架构，目前ARM占RISC处理器市场的七成左右。三星公司的S3C2410是基于ARM920T内核的通用32位微处理器，它具有高性能和低功耗的特性，被设计用于手持设备和通用嵌入式系统。 嵌入式系统对操作系统和其上运行的软件有特别的要求。针对本课题所采用的ARM硬件平台，详细介绍了嵌入式操作系统Arm-Linux的移植。分别说明了交叉编译工具链的安装、引导装载器的移植和Linux内核的裁减和交叉编译过程。为了运行应用程序，还介绍了文件系统的构建。 指纹识别系统需要指纹采集设备。FPS200是Veridicom公司推出的第三代半导体指纹传感器，是一款专为嵌入式系统设计的高性能、低成本、低功耗的电容式固态指纹传感器。本文详细阐述了基于FPS200的USB接口指纹采集卡的设计与实现。 指纹图像处理与匹配是整个系统的重要环节，论文介绍了图像处理与匹配的一般概念，并提出了新的指纹匹配方法。指纹匹配是自动指纹识别中的一个难点。现有的指纹匹配方法大致可以归结为图形匹配和人工神经网络匹配两大类，本文提出的基于线段的特征点匹配算法属于图形匹配。 嵌入式系统需要完善的软件支持。随着嵌入式技术的飞速发展，用户交互界面也由传统的字符界面向图形界面转变，图形用户界面系统得到了长足的发展。MiniGUI 是一个非常适合于工业控制实时系统以及嵌入式系统的可定制的、小巧的图形用户界面支持系统。本文介绍了基于MiniGUI的可视化指纹识别软件设计。 综上所述，本文针对特定硬件条件，构建了定制的嵌入式操作系统；设计了支持USB数据传输的指纹采集卡；指纹图像的滤波、提取特征和指纹特征匹配均针对嵌入式系统的实际情况进行了优化；利用MiniGUI图形支持库完成了界面美观友好的可视化指纹识别程序。系统具有安全可靠、易于扩展、性价比高等优点。
上传时间： 2013-08-02
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