数据采集系统是信号与信息处理系统中不可缺少的重要组成部分，同时也是软件无线电系统中的核心模块，在现代雷达系统以及无线基站系统中的应用越来越广泛。为了能够满足目前对软件无线电接收机自适应性及灵活性的要求，并充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路，本文提出了由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA、PCI总线接口、DB25并行接口组成的高速数据采集系统设计方案及实现方法。其中FPGA作为本系统的控制核心和传输桥梁，发挥了极其重要的作用。通过FPGA不仅完成了系统中全部数字电路部分的设计，并且使系统具有了较高的可适应性、可扩展性和可调试性。 在时序数字逻辑设计上，充分利用FPGA中丰富的时序资源，如锁相环PLL、触发器，缓冲器FIFO、计数器等，能够方便的完成对系统输入输出时钟的精确控制以及根据系统需要对各处时序延时进行修正。 在存储器设计上，采用FPGA片内存储器。可根据系统需要随时进行设置，并且能够方便的完成数据格式的合并、拆分以及数据传输率的调整。 在传输接口设计上，采用并行接口和PCI总线接口的两种数据传输模式。通过FPGA中的宏功能模块和IP资源实现了对这两种接口的逻辑控制，可使系统方便的在两种传输模式下进行切换。 在系统工作过程控制上，通过VB程序编写了应用于PC端的上层控制软件。并通过并行接口实现了PC和FPGA之间的交互，从而能够方便的在PC机上完成对系统工作过程的控制和工作模式的选择。 在系统调试方面，充分利用QuartuslI软件中自带的嵌入式逻辑分析仪SignalTaplI，实时准确的验证了在系统整个传输过程中数据的正确性和时序性，并极大的降低了用常规仪器观测FPGA中众多待测引脚的难度。 本文第四章针对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。
上传时间： 2013-06-09
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由于其很强的纠错性能和适合硬件实现的编译码算法，卷积编码和软判决维特比译码目前已经广泛应用于卫星通信系统。然而随着航天事业的发展，卫星有效载荷种类的增多和分辨率的不断提高，信息量越来越大。如何在低信噪比的功率受限信道条件下提高传输速率成为目前亟待解决的问题。本论文结合在研项目，在编译码算法、编译码器的设计与实现、编译码器性能提高三个方面对卷积编码和维特比译码进行了深入研究，并进一步介绍了使用VHDL语言和原理图混合输入的方式，实现一种(7,3/4)增信删余方式的高速卷积编码器和维特比译码器的详细过程；然后将设计下载到XILINX的Virtex2 FPGA内部进行功能和时序确认，最终在整个数据传输系统中测试其性能。本文所实现的维特比译码器速率达160Mbps，远远高于目前国内此领域内的相关产品速率。 首先，论文具体介绍了卷积编码和维特比译码的算法，研究卷积码的各种参数(约束长度、生成多项式、码率以及增信删余等)对其译码性能的影响；针对项目需求，确定卷积编码器的约束长度、生成多项式格式、码率和相应的维特比译码器的回归长度。 其次，论文介绍了编解码器的软、硬件设计和调试一根据已知条件，使用VHDL语言和原理图混合输入的方式设计卷积编码和维特比译码的源代码和原理图，分别采用功能和电路级仿真，确定卷积编码和维特比译码分别需要占用的资源，考虑卷积编码器和维特比译码器的具体设计问题，包括编译码的基本结构，各个模块的功能及实现策略，编译码器的时序、逻辑综合等；根据软件仿真结果，分别确定卷积编码器和维特比译码器的接口、所需的FPGA器件选型和进行各自的印制板设计。利用卷积码本身的特点，结合FPGA内部结构，采用并行卷积编码和译码运算，设计出高速编译码器；对软、硬件分别进行验证和调试，并将验证后的软件下载到FPGA进行电路级调试。 最后，论文讨论了卷积编码和维特比译码的性能：利用已有的测试设备在整个数据传输系统中测试其性能(与没有采用纠错编码的数传系统进行比对)；在信道中加入高斯白噪声，模拟高斯信道，进行误码率和信噪比测试。
上传时间： 2013-04-24
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这篇论文以数字电视条件接收系统为研究对象，系统硬件设计以DSP和FPGA为实现平台，采用以DSP实现其加密算法、以FPGA实现其外围电路，对数字电视条件接收系统进行设计。首先根据数字电视条件接收系统的原理及其软硬分离的发展趋势，提出采用 DSP+FPGA结构的设计方式，将ECC与AES加密算法应用于SK与CW的加密；根据其原理对系统进行总体设计，同时对系统各部分的硬件原理图进行详细设计，并进行 PCB设计。其次采用从上而下的设计方式，对FPGA实现的逻辑功能划分为各个功能模块，然后再对各个模块进行设计、仿真。采用Quartus Ⅱ7.2软件对FPGA实现的逻辑功能进行设计、仿真。仿真结果表明：基于通用加扰算法(CSA)的加扰器模块，满足TS流加扰要求；块加密模块的最高时钟频率达到229.89MHz，流加密模块的最高时钟频率达到331.27MHz，对于实际的码流来说，具有比较大的时序裕量；DSP接口模块满足 ADSP BF-535的读写时序；包处理模块实现对加密后数据的包处理。最后对条件接收系统中加密算法程序采用结构化、模块化的编程方式进行设计。 ECC设计时采用C语言与汇编语言混合编程，充分利用两种编程语言的优势。将ECC 与AES加密算法在VisualDSP++3.0开发环境下进行验证，并下载至ADSP BF-535评估板上运行。输出结果表明：有限域运算汇编语言编程的实现方式，其运行速度明显提高， 192位加法提高380个时钟周期，32位乘法提高92个时钟周期；ECC与AES达到加密要求。上述工作对数字电视条件接收系统的设计具有实际的应用价值。关键词：条件接收，DSP，FPGA，ECC，AEs
上传时间： 2013-07-03
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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： 2013-06-07
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随着各种通信系统数量的日益增多，为了充分地利用有限的频谱资源，高频谱利用率的调制技术不断被应用。偏移正交相移键控(OQPSK: Offset QuadraturePhase Shift Keying)是一种恒包络调制技术，具有较高的频谱利用率和功率利用率，广泛应用于卫星通信系统和地面移动通信系统。因此，对于OQPSK全数字解调技术的研究具有一定的理论价值。 本文以软件无线电和全数字解调的相关理论为指导，成功设计并实现了基于FPGA的OQPSK全数字解调。论文介绍了OQPSK全数字接收解调原理和基于软件无线电设计思想的全数字接收机的基本结构，详细阐述了当今OQPSK数字解调中载波频率同步、载波相位同步、时钟同步和数据帧同步的一些常用算法，并选择了相应算法构建了三种系统级的实现方案。通过MATLAB对解调方案的仿真和性能分析，确定了FPGA中的系统实现方案。在此基础上，本文采用VerilogHDL硬件描述语言在Altera公司的Quartus II开发平台上设计了同步解调系统中的各个模块，还对各模块和整个系统在ModelSim中进行了时序仿真验证，并对设计中出现的问题进行了修正。最后，经过FPGA调试工具嵌入式逻辑分析仪SignalTapⅡ的硬件实际测试，本文对系统方案进行了最终的改进与调整。 实际测试结果表明，本文的设计最终能够达到了预期的指标和要求。本课题设计经过时序和资源优化后还可以向ASIC和系统级SOC转化，以进一步缩小系统体积、降低成本和提高电路的可靠性，因此具有良好的实际应用价值。
上传时间： 2013-07-14
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现场可编程门阵列(FPGA)是一种可实现多层次逻辑器件。基于SRAM的FPGA结构由逻辑单元阵列来实现所需要的逻辑函数。FPGA中，互连线资源是预先定制的，这些资源是由各种长度的可分割金属线，缓冲器和．MOS管实现的，所以相对于ASIC中互连线所占用的面积更大。为了节省芯片面积，一般都采用单个MOS晶体管来连接逻辑资源。MOS晶体管的导通电阻可以达到千欧量级，可分割金属线段的电阻相对于MOS管来说是可以忽略的，然而它和地之间的电容达到了0.1pf[1]。为了评估FPGA的性能，用HSPICE仿真模型虽可以获得非常精确的结果，但是基于此模型需要花费太多的时间。这在基于时序驱动的工艺映射和布局布线以及静态时序分析中都是不可行的。于是，非常迫切地需要一种快速而精确的模型。 FPGA中连接盒、开关盒都是由MOS管组成的。FPGA中的时延很大部分取决于互连，而MOS传输晶体管在互连中又占了很大的比重。所以对于MOS管的建模对FPGA时延估算有很大的影响意义。对于MOS管，Muhammad[15]采用导通电阻来代替MOS管，然后用。Elmore[3]时延和Rubinstein[4]时延模型估算互连时延。Elmore时延用电路的一阶矩来近似信号到达最大值50％时的时延，而Rubinstein也是通过计算电路的一阶矩估算时延的上下边界来估算电路的时延，然而他们都是用来计算RC互连时延。传输管是非线性器件，所以没有一个固定的电阻，这就造成了Elmore时延和Rubinstein时延模型的过于近似的估算，对整体评估FPGA的性能带来负面因素。 本论文提出快速而精确的现场可编程门阵列FPGA中的互连资源MOS传输管时延模型。首先从阶跃信号推导出适合50％时延的等效电阻模型，然后在斜坡输入的时候，给出斜坡输入时的时延模型，并且给出等效电容的计算方法。结果验证了我们精确的时延模型在时间上的开销少的性能。 在岛型FPGA中，单个传输管能够被用来作为互连线和互连线之间的连接，或者互连线和管脚之间的连接，如VPR把互连线和管脚作为布线资源，管脚只能单独作为输入或者输出管脚，以致于它们不是一个线网的起点就是线网的终点。而这恰恰忽略了管脚实际在物理上可以作为互连线来使用的情况(VPR认为dogleg现象本身对性能提高不多)。本论文通过对dogleg现象进行了探索，并验证了在使用SUBSET开关盒的情况下，dogleg能提高FPGA的布通率。
上传时间： 2013-07-24
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现场可编程门阵列(FPGA)能够减少电子系统的开发风险和开发成本，缩短上市时间，降低维护升级成本，故广泛地应用在电子系统中。最新的FPGA都采用了层次化的布线资源结构，与以前的结构发生了很大的变化。由于FPGA布线资源的固定性和有限性，因此需要开发适用于这种层次化的FPGA结构并提高布线资源有效利用率的布线算法。同时由于晶体管尺寸的不断减小，有必要在FPGA布线算法中考虑功耗和时序问题。 本论文所作的研究工作主要包括：提出一种基于Tile的FPGA结构描述方法，对FPGA功耗模型和时序模型进行了研究，实现了考虑FPGA功耗、布线资源利用率的布线算法。 在FPGA结构描述方面，本文在分析现代商用FPGA层次化结构及学术上对FPGA描述方法的基础上，提出一种基于Tile的FPGA结构描述。由于基本Tile的重复性，采用该方法可以简化FPGA结构的描述，同时由于该方法是以硬件结构为根据，为FPGA软硬件提供了简单而灵活的接口，该方法在原型系统中测试证明是正确的。 在FPGA功耗模型方面，本文研究了ASIC中关于电路功耗计算的基本方法，并将其应用到FPGA功耗分析中。在模型中的采用了混合的功耗模型，包括动态功耗模型和静态功耗模型。动态功耗的计算采用基于节点状态转换率的开关级动态功耗计算和逻辑块宏模型，静态功耗则采用基于公式计算的晶体管漏电功耗模型和逻辑块基于仿真的LUT/MUX表达式计算模型。这些功耗模型将运用到我们后面的功耗计算和基于功耗驱动的布线算法中。 在FPGA布线算法研究和实现方面，本文在介绍基本的搜索算法之后，介绍了将FPGA硬件结构转变为FPGA布线程序可识别的布线资源图的方法，并将基本的搜索算法运用的FPGA布线资源图上，实现FPGA的基于布通率的布线算法。在此基础上，借鉴了FPGA时序分析方法，将时序分析作为布线算法的一子模块，对基于时序的布线算法进行了研究；同时采用了FPGA功耗模型，在布线算法实现中考虑了动态功耗的问题。最后在布线算法中实现两种启发式策略以提高可布线资源有效利用率。
上传时间： 2013-04-24
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可配置端口电路是FPGA芯片与外围电路连接关键的枢纽，它有诸多功能：芯片与芯片在数据上的传递(包括对输入信号的采集和输出信号输出)，电压之间的转换，对外围芯片的驱动，完成对芯片的测试功能以及对芯片电路保护等。 本文采用了自顶向下和自下向上的设计方法，依据可配置端口电路能实现的功能和工作原理，运用Cadence的设计软件，结合华润上华0.5μm的工艺库，设计了一款性能、时序、功耗在整体上不亚于xilinx4006e[8]的端口电路。主要研究以下几个方面的内容： 1.基于端口电路信号寄存器的采集和输出方式，本论文设计的端口电路可以通过配置将它设置成单沿或者双沿的触发方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和时序仿真，且建立时间小于5ns和保持时间在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比较满足设计的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它对16种状态机转换的控制，对16种状态机的转换完成了行为级描述和实现了捕获、移位、输出、更新等主要功能仿真。 3.基于边界扫描电路是对触发器级联的构架这一特点，设计了一款边界扫描电路，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。达到对芯片电路测试设计的要求。 4.对于端口电路来讲，有时需要将从CLB中的输出数据实现异或、同或、与以及或的功能，为此本文采用二次函数输出的电路结构来实现以上的功能，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。满足设计要求。 5.对于0.5μm的工艺而言，输入端口的电压通常是3.3V和5V，为此根据设置不同的上、下MOS管尺寸来调整电路的中点电压，将端口电路设计成3.3V和5V兼容的电路，通过仿真性能上已完全达到这一要求。此外，在输入端口处加上扩散电阻R和电容C组成噪声滤波电路，这个电路能有效地抑制加到输入端上的白噪声型噪声电压[2]。 6.在噪声和延时不影响电路正常工作的范围内，具有三态控制和驱动大负载的功能。通过对管子尺寸的大小设置和驱动大小的仿真表明：在实现TTL高电平输出时，最大的驱动电流达到170mA，而对应的xilinx4006e的TTL高电平最大驱动电流为140mA[8]；同样，在实现CMOS高电平最大驱动电流达到200mA,而xilinx4006e的CMOS驱动电流达到170[8]mA。 7.与xilinx4006e端口电路相比，在延时和面积以及功耗略大的情况下，本论文研究设计的端口电路增加了双沿触发、将输出数据实现二次函数的输出方式、通过添加译码器将配置端口的数目减少的新的功能，且驱动能力更加强大。
上传时间： 2013-06-03
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在惯性导航系统中，捷联式惯性导航系统以其体积小、成本低和可靠性高等优点正逐步取代平台式惯性导航系统，成为惯性导航系统的发展趋势。 为了适应捷联惯性导航系统小型化、低成本和高性能的发展方向，本文设计了DSP与FPGA相结合的系统方案：系统采用MEMS器件和高性能A/D转换器构成惯性信号检测单元，FPGA进行I/O控制，DSP完成导航计算。方案综合考虑了系统成本、计算速度、精度、体积等各方面的因素，并通过GPS、磁航向计等信息融合进一步提高导航精度。 数据采集是捷联惯导系统设计的关键，本文数据采集由信号调理、A/D转换和。FPGA等几部分组成。其中，FPGA是整个数据采集部分的核心，其主要功能包括：实现了ADC控制逻辑和时序生成；配置了FIFO寄存器，缓冲了ADC与DSP之间的转换数据；扩展了UART串口，以实现系统的外部信息接口。在完成电路设计的基础上，对各功能模块进行了全面的半实物仿真，验证了系统方案及各主要功能模块的可行性。 论文简述了惯性导航系统的应用背景及发展状况，介绍了捷联惯导系统的基本原理，设计了基于DSP/FPGA的捷联惯导系统方案，实现了系统各部分硬件电路以及FPGA功能模块，并通过搭建硬件验证平台和利用第三方仿真软件，对传感器的性能以及FPGA各功能模块进行了较全面的验证和仿真。结果表明：基于DSP/FPGA的捷联惯导系统能够满足应用的要求，并在小型化、低成本和高性能等方面有一定的优势。
上传时间： 2013-04-24
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·本书是《从算法设计到硬线逻辑的实现——复杂数字逻辑系统的Verilog HDL设计技术和方法》的配套用书。主要内容包括12个实验练习和Verilog的语法手册。各个实验由浅入深，从简单到复杂，介绍了用Verilog语言设计数字电路系统的实用方法与技术，有较强的实践性与指导意义。语法部分包括标志符的使用、基本语句以及系统任务与函数的介绍。内容较为详尽，可方便学生与工程技术人员查询使用，对学习Veri
上传时间： 2013-06-30
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