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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作为一项正在兴起的无线应用服务,无线局域网已在机场、校园、会议室、甚至在家庭都有所应用.它正叩开高速无线数据业务市场的大门.目前,无线局域网仍处于众多标准共存时期.每一标准的背后都有大公司或者大集团的支持.在众多无线局域网协议中IEEE802.11a协议是很有特色的一个,它的优势在于采用了正交频分复用(OFDM)方式来传输数据,该技术可帮助提高速度和改进信号质量,并可克服干扰,因此得到众多关注.为了让这种高速的局域网真正应用到实际中,我们的项目就是要在硬件上实现基于IEEE802.11a协议的OFDM系统的发射机和接收机,而本文的主要工作就是用FPGA实现这个系统的内接收机.内接收机主要包括同步估计和信道估计.但是目前OFDM系统中包括同步、信道编码、信道估计、用户检测、降低峰均比等一些关键技术在具体实现上还存在着一些困难.许多文献对这些关键技术基本停留在理论上的讨论,与具体的实现还存在很大的差距.因此本文通过研究同步和信道估计的多种算法的性能和其实现的复杂度,提出一种适合在IEEE802.11a协议环境下的同步算法和信道估计,用FPGA加以实现.首先本文总结了目前OFDM系统信道估计的算法.在此基础上详细的讨论了基于IEEE802.11a协议的OFDM系统可以采用的信道估计方法:(1)提出了借助训练序列的LS估计法和LS-average估计法,分别在AWGN信道和多径信道对这两种方法进行了比较,证明无论在哪种信道环境下后者性能都要好于前者.为了能够进一步提高信道估计器的性能,在LS-average算法的基础上提出了消噪算法(NRA).(2)提出了借助导频的DFT插值算法.其次本文总结了目前OFDM系统同步的算法.OFDM系统同步包括定时同步和载波同步,其中定时同步又分为符号同步和抽样同步.本文主要是研究定时同步,而载波同步只是简单的讨论,因为在这项目中这是另有负责人.本文针对基于IEEE802.11a协议的OFDM系统把定时同步分为粗定时同步和细定时同步.然后分别对粗定时同步和细定时同步进行了详细的讨论.其中对粗定时同步的方法有:利用短训练序列和利用循环前缀,并对这两种方法进行了比较.对细定时同步是利用导频来跟踪.最后根据前面两章提出的算法所分析的结果,以及突发OFDM系统的信号和信道特征,选取了其中一种信道估计算法和定时同步算法,结合合作伙伴所提出的载波同步算法一起用FPGA实现整个基于IEEE802.11a协议的OFDM系统的内接收机,并分别测试了各个模块的性能以及综合模块的性能.
上传时间： 2013-05-26
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随着通信技术和计算机技术的发展，多媒体的应用与服务越来越广泛，视频压缩编码技术也随之成为非常重要的研究领域。运动估计是视频压缩编码中的一项关键技术。由于视频编码系统的复杂性主要取决于运动估计算法，因此如何找到一种可靠、快速、性能优良的运动估计算法一直是视频压缩编码的研究热点。运动估计在视频编码器中承担的运算量最大、控制最为复杂，由于对视频编码的实时性要求，因此运动估计模块一般都采用硬件来设计。 本文的目的是在FPGA芯片上设计实现一种更优的易于硬件实现的块匹配运动估计算法——二步搜索算法。全文首先讨论了块匹配运动估计理论及其主要技术指标，介绍了运动估计技术在MPEG-4中的应用，然后在对典型的运动估计算法进行分析比较的基础上讨论了一种性能和硬件实现难易度综合指数较高的二步搜索算法。本文对已有的用于全搜索算法实现的VLSI结构进行了改进，设计了符合二步搜索算法要求的FPGA实现结构，并在对其理论分析之后，对实现该算法的运动估计模块进行了功能模块的划分，并运用VerilogHDL硬件描述语言、ISE及Modelsim开发工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了对各功能模块的设计、实现与时序仿真。最后，对整个运动估计模块进行了仿真测试，给出了其在FPGA上搭建实现后的时序仿真波形图与占用硬件资源情况，通过对时序仿真结果可知本文设计的各功能模块工作正常，并且能够协同工作，整个运动估计模块能够正确的实现二步搜索运动估计算法，并输出正确的运动估计结果；通过对占用硬件资源及时钟频率情况的分析验证了本文设计的二步搜索运动估计算法的FPGA实现结构具备先进性和实时可实现性。
上传时间： 2013-05-27
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随着图像处理和模式识别技术的进步，基于生物特征的识别技术成为蓬勃发展的高技术之一，根据IBG(InternationalBiometricGroup)组织对生物特征市场的统计和预测，该领域的收入的年增长率30-50％，到2008年，全球总收入将达到46.39亿美元。而基于指纹特征的识别技术由于其独特的可靠性，稳定性，方便快捷的特点，恰好符合了市场的需求。目前指纹识别技术是生物识别领域中应用最广泛的识别技术，也是研究与应用的一个热点。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入FPGA内部，与用户自定义逻辑结合构成一个基于FPGA的片上系统。与嵌入式硬核相比较，嵌入式软核具有更大的灵活性。而FPGA的高速性、恰恰满足了指纹识别系统对速度的要求。 本文对指纹识别技术中各个环节的算法进行了较为深入的研究，结合NiosⅡ嵌入式处理器的特点，对算法进行了合理的选择与优化，形成了一套完整的指纹识别算法，并提出了一种基于FPGA的指纹识别系统硬件设计方案。 论文的内容主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、后处理和匹配算法进行了改进，提高了算法的性能；设计了一种适用于快速匹配的指纹特征数据结构；提出了一套基于特征点匹配的指纹识别算法。实验结果表明该算法速度快、误识率较低、可靠性较高，可以满足实用的要求。 2、本着增加系统集成度、减小系统体积、提高便携性、降低功耗和成本，同时提升系统的性能的原则，使用Altera公司提供的外围设备IP核配合NiosⅡ处理器软核搭建了一个单片嵌入式系统，然后以内嵌NiosⅡ软核的FPGA和FPS200指纹采集器为核心芯片，外配片外RAM和Flash存储器以及小键盘和LCD显示屏等器件，设计了一个便携式指纹识别系统，提出了一套基于FPGA的硬件设计方案。 3、利用NiosⅡ开发板对硬件设计方案进行了初步的验证，实现了指纹采集芯片FPS200与FPGA的接口，并进行了算法的移植。 实验结果表明本文所提出的系统设计方案是可行的。基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、体积、扩展性方面有着独特的优势，具有广阔的发展空间。最后提出了对这一设计继续改进的思路和下一步研究的内容。
上传时间： 2013-07-28
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本文主要研究Turbo码的编码和译码算法及其FPGA硬件实现.在概述信道编码理论及其发展历程之后,简要地论述了Turbo码的原理.然后分别对Turbo码的MAP译码算法,LOG-MAP算法进行推导,在给出LOG-MAP的推导之后,提出了对于LOG-MAP译码算法的两点改进,采用三阶牛顿插值函数对校验函数进行拟合,采用双滑动窗口技术取代传统的单滑动窗口技术.Turb码还有一种译码复杂度相对较低的算法——SOVA算法,本文也给出了SOVA算法的详细推导过程.在对LOG-MAP和SOVA算法的详细推导之后,本文给出Turbo码的软件仿真,采用Matlab语言编写Turbo码仿真系统程序,仿真系统比较了单滑动窗口技术和双滑动窗口技术在不同的信噪比下的译码性能.在软件仿真的基础上,本文给出了Turbo码编码器和采用LOG-MAP译码算法译码器的FPGA硬件实现方法.
上传时间： 2013-06-19
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GPS技术在导航、定位及精确打击等方面产生了重要影响，已经广泛地应用在各种武器平台上。但是，在干扰环境下也显现出许多问题。由于其到达地球表面的信号极其微弱(-160dBW)，在现在复杂的电磁环境中容易受到干扰，尤其是C/A码信号更易受到干扰，并且随着导航战的发展对GPS的抗干扰已成为争取导航资源的有效措施。因此，研究干扰环境下的GPS接收机设计具有重要意义。 本文首先简要介绍了GPS信号的结构及构成，通过对GPS信号特征以及接收机抗干扰能力的分析，结合干扰对接收机的作用方式及效果，确定GPS最易受的干扰类型为阻塞式干扰，然后针对这种干扰类型提出了一种有效的抗干扰技术-----自适应调零天线技术。接下来，着重研究了GPS接收机在此抗干扰技术前提下的若干抗干扰方法，并对其进行了详细的分析和讨论。 研究过程中，通过对最佳化准则和空域自适应滤波的理解，首先对不同天线阵列结构进行了性能仿真和比较分析，然后在对称圆形天线阵列的基础上对空域自适应算法进行了仿真分析，针对其自由度有限的问题接着对空时滤波方法做了详细讨论，在7元对称圆形阵列的基础上仿真说明了二者各自的优缺点。考虑到实际的干扰环境和本课题研究的初期阶段，因此选用了适合本课题干扰环境的空域滤波方法，并对其自适应算法进行了适当的改进，使得其抗干扰性能获得了一定程度的改善。 最后，详细说明了该接收机抗干扰模块的FPGA实现原理。详细给出了顶层及各子模块的设计流程与RTL视图，实验结果验证了该算法的有效性。
上传时间： 2013-06-03
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常模信号是一类非常重要的信号，而专门应用于常模信号的常模算法[1]具有复杂度较低、实现起来比较简单、对阵列模型的偏差不敏感等显著的优点。因此，常模算法引起了众多学者的广泛关注。近年来，常模算法在多用户检测领域[2]的研究越来越受到诸多学者的关注。不仅如此，常模算法在其他领域也是备受瞩目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等领域的应用也是目前研究的热点。除此之外，常模算法已经不仅仅局限在应用于常模信号，也可应用于多模信号[3]等。 本文对常模算法在多用户检测领域的应用以及FPGA[4]实现作了较多的研究工作，共分六章进行阐述。第一章为绪论，介绍了论文相关背景和本文的结构；第二章首先对常模算法作了理论分析，并改进了传统的2-2型常模算法，我们称之为M2-2CMA，它在误码率性能上有一些改善；之后在MATLAB平台上搭建了仿真平台，分析了常模算法在多用户检测中的应用；第三章研究了相关文献，简单介绍了FPGA概念及其设计流程和设计方法，并对VerilogHDL以及Quartus软件做了简要介绍；第四章则详细介绍了常模算法的FPGA实现，用一种基于统计数据的方法确定了数据位长及精度，提出了其实现的系统框图，并详细阐述了各主要模块的设计与实现，同时给出了最后的报告文件以及最高数据处理速度；第五章则在MATLAB平台和QuartuslI的基础上搭建了一个仿真平台，借助于平台分析了2-2型常模算法移植到FPGA平台后的性能，对不同的精度对系统性能的影响做了讨论，也统计了不同信噪比、多址干扰下的误码率性能。最后一章是对全文的总结和对未来的展望。
上传时间： 2013-06-23
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本文以“机车车辆轮对动态检测装置”为研究背景，以改进提升装置性能为目标，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上实现图像采集控制、图像处理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)压缩编码标准的基本系统。本文使用硬件描述语言Verilog，以RedLogic的RVDK开发板作为硬件平台，在开发工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B环境中完成软核的设计与仿真验证。 数据采集部分完成的功能是将由模拟摄像机拍摄到的图像信号进行数字化，然后从数据流中提取有效数据，加以适当裁剪，最后将奇偶场图像数据合并成帧，存储到存储器中。数字化及码流产生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA对SAA7113芯片初始化设置、控制，并对数字化后的数据进行操作。 图像处理算法部分考虑到实时性与算法复杂度等因素，从装置的图像处理流程中有选择性地实现了直方图均衡化、中值滤波与边缘检测三种图像处理算法。 压缩编码部分依据JPEG标准基本系统顺序编码模式，在FPGA上实现了DCT(Discrete Cosine Transform)变换、量化、Zig-Zag扫描、直流系数DPCM(Differential Pulse Code Modulation)编码、交流系数RLC(Run Length code)编码、霍夫曼编码等主要步骤，最后用实际的图像数据块对系统进行了验证。
上传时间： 2013-04-24
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自适应滤波器是智能天线技术中核心部分-自适应波束成形器的关键技术，算法的高效稳定性及硬件时钟速率的快慢是判断波束成形器性能优劣的主要标准。 首先选取工程领域最常用的自适应横向LMS滤波算法作为研究对象，提出了利用最小均方误差意义下自适应滤波器的输出信号与主通道噪声信号的等效关系，得到滤波器最佳自适应参数的方法。并分析了在平稳和非平稳环境噪声下，滤波器的收敛速度、权系数稳定性、跟踪输入信号的能力和信噪比的改善等特性。 在分析梯度自适应格型算法的基础上，提出利用最佳反射系数的收敛性和稳定性，得到了梯度自适应格型滤波器的定步长改进方法；并以改进的梯度自适应格型和线性组合器组成梯度自适应格型联合处理算法，在同样环境噪声下，相比自适应横向LMS算法，其各项性能指标都得到了极大地改善，而且有利于节省硬件资源。 设计了自适应横向LMS滤波器和梯度自适应格型联合处理滤波器的电路模型，并用驰豫超前技术对两类滤波器进行了流水线优化。利用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C5T144C6芯片和多种EDA工具，完成了滤波器的FPGA硬件设计与仿真实现。并以FPGA实现的3节梯度自适应格型联合处理器为核心，设计了一种TD-SCDMA系统的自适应波束成形器，分析表明可以很好地利用系统提供的参考信号对下行波束进行自适应成形。
上传时间： 2013-07-16
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随着集成电路的设计规模越来越大，FPGA为了满足这种设计需求，其规模也越做越大，传统平面结构的FPGA无法满足实际设计需求。首先是硬件设计上的很难控制，其次就是计算机软件面临很大挑战，所有复杂问题全部集中到布局布线(P&R)这一步，而实际软件处理过程中，P&R所占的时间比例是相当大的。为了缓解这种软件和硬件的设计压力，多层次化结构的FPGA得以采用。所谓层次化就是可配置逻辑单元内部包含多个逻辑单元(相对于传统的单一逻辑单元)，并且内部的逻辑单元之间共享连线资源，这种结构有利于减少芯片面积和提高布通率。与此同时，FPGA的EDA设计流程也多了一步，那就是在工艺映射和布局之间增加了基本逻辑单元的装箱步骤，该步骤既可以认为是工艺映射的后处理，也可认为是布局和布线模块的预处理，这一步不仅需要考虑打包，还要考虑布线资源的问题。装箱作为连接软件前端和后端之间的桥梁，该步骤对FPGA的性能影响是相当大的。 本文通过研究和分析影响芯片步通率的各种因素，提出新的FPGA装箱算法，可以同时减少装箱后可配置逻辑单元(CLB)外部的线网数和外部使用的引脚数，从而达到减少布线所需的通道数。该算法和以前的算法相比较，无论从面积，还是通道数方面都有一定的改进。算法的时间复杂度仍然是线性的。与此同时本文还对FPGA的可配置逻辑单元内部连线资源做了分析，如何设计可配置逻辑单元内部的连线资源来达到即减少面积又保证芯片的步通率，同时还可以提高运行速度。 另外，本文还提出将电路分解成为多块，分别下载到各个芯片的解决方案。以解决FPGA由于容量限制，而无法实现某些特定电路原型验证。该算法综合考虑影响多块芯片性能的各个因数，采用较好的目标函数来达到较优结果。
上传时间： 2013-04-24
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