近年来,以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了快速的发展,FPGA不但解决了信号处理系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且基于大规模FPGA单片系统的片上可编程系统(SOPC)的灵活设计方式使其越来越多的取代ASIC的市场。传统的通用信号处理系统使用DSP作为处理核心,系统的可重构型不强,FPGA解决了这一问题,并且现有的FPGA中,多数已集成DSP模块,结合FPGA较强的信号并行处理特性使其与DSP信号处理能力差距很小。因此,FPGA作为处理核心的通用信号处理系统具有很强的可实施性。 @@ 基于上述要求,作者设计和完成了一个基于多FPGA的通用实时信号处理系统。该系统采用4片XC3SD1800A作为处理核心,使用DDR2 SDRAM高速存储实时数据。作者通过全面的分析,设计了核心板、底板和应用板分离系统架构。该平台能够根据实际需求进行灵活的搭配,核心板之间的数据传输采用了LVDS(低电压差分信号)技术,从而使得数据能够稳定的以非常高的速率进行传输。 @@ 本系统属于高速数字电路的设计范畴,因此必须重视信号完整性的设计与分析问题,作者根据高速电路的设计惯例和软件辅助设计的方法,在分析和论证了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束的基础上,顺利地完成了PCB绘制与调试工作。 @@ 作为系统设计的重要环节,作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题,并给出了解决办法。 @@ LVDS高速数据通道接口和DDR2存储器接口设计决定本系统的使用性能,本文基于所选的FPGA芯片进行了详细的阐述和验证。并结合系统的核心板和底板,完成了应用板,视频图像采集、USB、音频、LCD和LED矩阵模块显示等接口的设计工作,对其中的部分接口进行了逻辑验证。 @@ 经过测试,该通用的信号处理平台具有实时性好、通用性强、可扩展和可重构等特点,能够满足当前一些信号处理系统对高速、实时处理的要求,可以广泛应用于实时信号处理领域。通过本平台的研究和开发工作,为进一步研究和设计通用、实时信号处理系统打下了坚实的基础。 @@关键词:通用实时信号处理;FPGA;信号完整性;DDR2;LVDS
上传时间: 2013-05-27
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高速数据采集系统在信号检测、雷达、图像处理、网络通信等领域有广泛应用,不同的应用要求使用不同的总线和不同的设计,但是,无论基于何种应用,其设计的关键在接口的实现上。 @@ 随着cPCI总线技术的发展,cPCI总线逐渐代替了PCI总线、VME总线,成为测控领域中最受人们青睐的总线形式。 @@ 为满足高速采集过程中数据传输速度的要求和采集卡与PC机连接的机械强度的要求,本论文提出设计基于cPCI总线接口的数据采集系统。设计中利用单片FPGA芯片实现PCI协议,代替传统的FIFO芯片和串并转换芯片,并完成对模拟电路的控制功能;并提出将应用程序中的一部分数据读写操作放入动态链接库中,减少因应用程序反复调用驱动程序而造成的资源浪费和时间的延迟。 @@ 通过分析PCI总线协议,理解高频数字电路设计方法和高速数据采集原理,本文开发了基于cPCI接口的高速数据采集系统。经过综合测试和现场应用验证表明,采集系统已达到了要求的性能指标。 @@关键词:FPGA;数据采集系统;cPCI; PC
上传时间: 2013-07-08
上传用户:ikemada
现代社会信息量爆炸式增长,由于网络、多媒体等新技术的发展,用户对带宽和速度的需求快速增加。并行传输技术由于时钟抖动和偏移,以及PCB布线的困难,使得传输速率的进一步提升面临设计的极限;而高速串行通信技术凭借其带宽大、抗干扰性强和接口简单等优势,正迅速取代传统的并行技术,成为业界的主流。 本论文针对目前比较流行并且有很大发展潜力的两种高速串行接口电路——高速链路口和Rocket I/O进行研究,并以Xilinx公司最新款的Virtex-5 FPGA为研究平台进行仿真设计。本论文的主要工作是以某低成本相控阵雷达信号处理机为设计平台,在其中的一块信号处理板上,进行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技术的高速LinkPort(链路口)设计和基于CML(Current ModeLogic)技术的Rocket I/O高速串行接口设计。首先在FPGA的软件中进行程序设计和功能、时序的仿真,当仿真验证通过之后,重点是在硬件平台上进行调试。硬件调试验证的方法是将DSP TS201的链路口功能与在FPGA中的模拟高速链路口相连接,进行数据的互相传送,接收和发送的数据相同,证明了高速链路口设计的正确性。并且在硬件调试时对Rocket IO GTP收发器进行回环设计,经过回环之后接收到的数据与发送的数据相同,证明了Rocket I/O高速串行接口设计的正确性。
上传时间: 2013-04-24
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信号与信息处理是信息科学中近几年来发展最为迅速的学科之一,随着片上系统(SOC,System On Chip)时代的到来,FPGA正处于革命性数字信号处理的前沿。基于FPGA的设计可以在系统可再编程及在系统调试,具有吞吐量高,能够更好地防止授权复制、元器件和开发成本进一步降低、开发时间也大大缩短等优点。然而,FPGA器件是基于SRAM结构的编程工艺,掉电后编程信息立即丢失,每次加电时,配置数据都必须重新下载,并且器件支持多种配置方式,所以研究FPGA器件的配置方案在FPGA系统设计中具有极其重要的价值,这也给用于可编程逻辑器件编程的配置接口电路和实验开发设备提出了更高的要求。 本论文基于IEEE1149.1标准和USB2.0技术,完成了FPGA配置接口电路及实验开发板的设计与实现。作者在充分理解IEEE1149.1标准和USB技术原理的基础上,针对Altcra公司专用的USB数据配置电缆USB-Blaster,对其内部工作原理及工作时序进行测试与详细分析,完成了基于USB配置接口的FPGA芯片开发实验电路的完整软硬件设计及功能时序仿真。作者最后进行了软硬件调试,完成测试与验证,实现了对Altera系列PLD的配置功能及实验开发板的功能。 本文讨论的USB下载接口电路被验证能在Altera的QuartusII开发环境下直接使用,无须在主机端另行设计通信软件,其兼容性较现有设计有所提高。由于PLD(Programmable Logic Device)厂商对其知识产权严格保密,使得基于USB接口的配置电路应用受到很大限制,同时也加大了自行对其进行开发设计的难度。 与传统的基于PC并口的下载接口电路相比,本设计的基于USB下载接口电路及FPGA实验开发板具有更高的编程下载速率、支持热插拔、体积小、便于携带、降低对PC硬件伤害,且具备其它下载接口电路不具备的SignalTapII嵌入式逻辑分析仪和调试NiosII嵌入式软核处理器等明显优势。从成本来看,本设计的USB配置接口电路及FPGA实验开发板与其同类产品相比有较强的竞争力。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:lingduhanya
通用异步收发器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是广泛使用的串行传输协议。串行外设用到异步串行接口一般采用专用集成电路实现。但是这类芯片一般包含许多辅助模块,而时常不需要使用完整的UART的功能和辅助功能,或者当在FPGA上设计时,需要将UART功能集成到FPGA内部而不能使用芯片。蓝牙主机控制器接口则是实现主机设备与蓝牙模块之间互操作的控制部件。当在使用蓝牙设备的时候尤其是在监控场所,接口控制器在控制数据与计算机的传输上就起了至关重要的作用。 论文针对信息技术的发展和开发过程中的实际需要,设计了一个蓝牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模块。使用VHDL将其核心功能集成,既可以单独使用,也可集成到系统芯片中,并且整个设计紧凑、稳定且可靠,其用途广泛,具有一定的使用价值。 本设计采用TOP-DOWN设计方法,整体上分为UART接口和蓝牙主机控制器接口两部分。首先根据UART和蓝牙主机控制器接口的实现原理和设计指标要求进行系统设计,对系统划分模块以及各个模块的信号连接;然后进行模块设计,设计出每个模块的功能,并用VHDL语言编写代码来实现模块功能;再使用ISE8.2I自带的仿真器对各模块进行功能仿真和时序仿真;最后进行硬件验证,在Virtex-II开发板上对系统进行功能验证。实现了发送、接收和波特率发生等功能,验证了结果,表明设计正确,功能良好,符合设计要求。
上传时间: 2013-07-13
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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
上传用户:zttztt2005
随着信息技术的发展,数字信号的采集与处理在科学研究、工业生产、航空航天、医疗卫生等部门得到越来越广泛的应用,这些应用中对数字信号的传输速度提出了比较高的要求。传统的基于ISA总线的信号传输效率低,严重制约着系统性能的提高。 PCI总线以其高性能、低成本、开放性、软件兼容性等众多优点成为当今最流行的计算机局部总线。但是,由于PCI总线硬件接口复杂、不易于接入、协议规范比较繁琐等缺点,常常需要专用的接口芯片作为桥接,为了解决这一系列问题,本文提出了一种基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的实现方案,支持PCI突发访问方式,突发长度为8至128个双字长度,核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8,容量为6000个逻辑宏单元,速度为-8,编译后系统速度可以达到80MHz,取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的核心是PCI接口模块。在硬件方面,特别讨论了PCI接口模块、地址转换模块、数据缓冲模块、外部接口模块和SRAM DMA控制模块等五个功能模块的设计方案和硬件电路实现方法,着重分析了PCI接口模块的数据传输方式,采用模块化的方法设计了内部控制逻辑,并进行了相关的时序仿真和逻辑验证,硬件需要软件的配合才能实现其功能,因此设备驱动程序的设计是一个重要部分,论文研究了Windows XP体系结构下的WDM驱动模式的组成、开发设备驱动程序的工具以及开发系统实际硬件的设备驱动程序时的一些关键技术。 本文最后利用基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑中的关键技术,对PCI数据采集卡进行了整体方案的设计。该系统采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA实现。
上传时间: 2013-07-24
上传用户:ca05991270
运动控制技术是机电一体化的核心部分,提高运动控制技术水平对于提高我国的机电一体化技术具有至关重要的作用。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律,是推动新的产业革命的关键技术。对于数控系统来说,最重要的是控制各个电机轴的运动,这是运动控制器接收并依照数控装置的指令来控制各个电机轴运动从而实现数控加工的,数据加工中的定位控制精度、速度调节的性能等重要指标都与运动控制器直接相关。目前对数控系统的研究都集中在插入PC的NC控制器的研究上,而其核心部分就是对步进、伺服电机进行控制的运动控制卡的研究。对PC-NC来说,运动控制卡的性能很大程度上决定了整个数控系统的性能,而微电子和数字信号处理技术的发展及其应用,使运动控制卡的性能得到了不断改进,集成度和可靠性大大提高。 本课题通过对运动控制技术的深入研究,并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状,结合当前运动控制领域的具体需要,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了数控技术和相关运动控制技术的最新成果,提出了基于PCI和FPGA的方案,研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡。 本课题的具体研究主要有以下几方面: 首先,通过对运动控制卡及运动控制系统等行业现状的全面调研,和对运动控制技术的深入学习,在比较了几种常用的运动控制方案的基础上,提出了基于FPGA的运动控制设计方案,并规划了板卡的总体设计。 其次,根据总体设计,规划了板卡的结构,详细划分并实现了FPGA各部分的功能;利用光电隔离原理设计了数字输入/输出电路。 再次,利用FPGA的资源实现了PCI从设备接口,达到跟控制卡通信的目的,针对运动控制中的一些具体问题,如运动平稳性、实时控制以及多轴联动等,在FPGA上设计了四轴运动控制电路,定义了各个寄存器的具体功能,设计了功能齐全的加/减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等,自动降速点运动、A/B相编码器倍频计数电路等特殊功能。最后,进行了本运动控制卡的测试,从测试和应用结果来看,该卡达到预期的要求。
上传时间: 2013-07-27
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当前,在系统级互连设计中高速串行I/O技术迅速取代传统的并行I/O技术正成为业界趋势。人们已经意识到串行I/O“潮流”是不可避免的,因为在高于1Gbps的速度下,并行I/O方案已经达到了物理极限,不能再提供可靠和经济的信号同步方法。基于串行I/O的设计带来许多传统并行方法所无法提供的优点,包括:更少的器件引脚、更低的电路板空间要求、减少印刷电路板(PCB)层数、PCB布局布线更容易、接头更小、EMI更少,而且抵抗噪声的能力也更好。高速串行I/O技术正被越来越广泛地应用于各种系统设计中,包括PC、消费电子、海量存储、服务器、通信网络、工业计算和控制、测试设备等。迄今业界已经发展出了多种串行系统接口标准,如PCI Express、串行RapidIO、InfiniBand、千兆以太网、10G以太网XAUI、串行ATA等等。 Aurora协议是为私有上层协议或标准上层协议提供透明接口的串行互连协议,它允许任何数据分组通过Aurora协议封装并在芯片间、电路板间甚至机箱间传输。Aurora链路层协议在物理层采用千兆位串行技术,每物理通道的传输波特率可从622Mbps扩展到3.125Gbps。Aurora还可将1至16个物理通道绑定在一起形成一个虚拟链路。16个通道绑定而成的虚拟链路可提供50Gbps的传输波特率和最大40Gbps的全双工数据传输速率。Aurora可优化支持范围广泛的应用,如太位级路由器和交换机、远程接入交换机、HDTV广播系统、分布式服务器和存储子系统等需要极高数据传输速率的应用。 传统的标准背板如VME总线和CompactPCI总线都是采用并行总线方式。然而对带宽需求的不断增加使新兴的高速串行总线背板正在逐渐取代传统的并行总线背板。现在,高速串行背板速率普遍从622Mbps到3.125Gbps,甚至超过10Gbps。AdvancedTCA(先进电信计算架构)正是在这种背景下作为新一代的标准背板平台被提出并得到快速的发展。它由PCI工业计算机制造商协会(PICMG)开发,其主要目的是定义一种开放的通信和计算架构,使它们能被方便而迅速地集成,满足高性能系统业务的要求。ATCA作为标准串行总线结构,支持高速互联、不同背板拓扑、高信号密度、标准机械与电气特性、足够步线长度等特性,满足当前和未来高系统带宽的要求。 采用FPGA设计高速串行接口将为设计带来巨大的灵活性和可扩展能力。Xilinx Virtex-IIPro系列FPGA芯片内置了最多24个RocketIO收发器,提供从622Mbps到3.125Gbps的数据速率并支持所有新兴的高速串行I/O接口标准。结合其强大的逻辑处理能力、丰富的IP核心支持和内置PowerPC处理器,为企业从并行连接向串行连接的过渡提供了一个理想的连接平台。 本文论述了采用Xilinx Virtex-IIPro FPGA设计传输速率为2.5Gbps的高速串行背板接口,该背板接口完全符合PICMG3.0规范。本文对串行高速通道技术的发展背景、现状及应用进行了简要的介绍和分析,详细分析了所涉及到的主要技术包括线路编解码、控制字符、逗点检测、扰码、时钟校正、通道绑定、预加重等。同时对AdvancedTCA规范以及Aurora链路层协议进行了分析, 并在此基础上给出了FPGA的设计方法。最后介绍了基于Virtex-IIPro FPGA的ATCA接口板和MultiBERT设计工具,可在标准ATCA机框内完成单通道速率为2.5Gbps的全网格互联。
上传时间: 2013-05-29
上传用户:frank1234
随着现代工业的发展,人机接口在工业生产以及社会生活中发挥着越来越重要的作用,同时,人机接口的各项技术问题也日益凸现出来,越来越受到世界各国的关注。 本课题就基于便携式仪表人机接口的设计开展研究。设计的关键步骤包括:人机接口的软硬件设计、实验系统的搭建以及在一条天然气管道上进行管道检测实验,验证人机接口的实用性。 论文中介绍了人机接口技术的发展过程与现状、人机接口系统的软硬件详细设计。人机接口硬件包括:ARM处理器控制核心、通信接口电路、LCD显示接口电路、USB接口储存电路;软件包括人机接口的底层软件与应用软件。在实验过程中,首先获取一段有裂纹的天然气管道,接着使用自行设计的采样模块检测磁场信号,通过串口将数据发送到人机接口平台,人机接口平台使用嵌入式Linux作为操作系统,使用Qt程序在LCD上显示实时曲线。而后人机接口将数据存储在闪盘中,同时使用一系列算法程序对数据进行处理,最后利用检测到的漏磁场法向分量HP(Y)的具有显著特征的最大梯度值的位置来判断裂纹的位置,再与实际的裂纹位置对比,得出可行性结论。经过大量的实验,该系统可以很好的实现检测目的,验证了人机接口的实用性。
上传时间: 2013-06-28
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