随着信息技术的发展，系统级芯片SoC(System on a Chip)成为集成电路发展的主流。SoC技术以其成本低、功耗小、集成度高的优势正广泛地应用于嵌入式系统中。通过对8位增强型CPU内核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的实现，对SoC设计作了初步研究。 在对Intel MCS-8051的汇编指令集进行了深入地分析的基础上，按照至顶向下的模块化的高层次设计流程，对8位CPU进行了顶层功能和结构的定义与划分，并逐步细化了各个层次的模块设计，建立了具有CPU及定时器，中断，串行等外部接口的模型。 利用5种寻址方式完成了8位CPU的数据通路的设计规划。利用有限状态机及微程序的思想完成了控制通路的各个层次模块的设计规划。利用组合电路与时序电路相结合的思想完成了定时器，中断以及串行接口的规划。采用边沿触发使得一个机器周期对应一个时钟周期，执行效率提高。使用硬件描述语言实现了各个模块的设计。借助EDA工具ISE集成开发环境完成了各个模块的编程、调试和面向FPGA的布局布线；在Synplify pro综合工具中完成了综合；使用Modelsim SE仿真工具对其进行了完整的功能仿真和时序仿真。 设计了一个通用的扩展接口控制器对原有的8位处理器进行扩展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增强了8位处理器的功能，可以用于现有单片机进行升级和扩展。 本设计的CPU全面兼容MCS-51汇编指令集全部的111条指令，在时钟频率和指令的执行效率指标上均优于传统的MCS-51内核。本设计以硬件描述语言代码形式存在可与任何综合库、工艺库以及FPGA结合开发出用户需要的固核和硬核，可读性好，易于扩展使用，易于升级，比较有实用价值。本设计通过FPGA验证。
上传时间： 2013-04-24
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可靠通信要求消息从信源到信宿尽量无误传输，这就要求通信系统具有很好的纠错能力，如使用差错控制编码。自仙农定理提出以来，先后有许多纠错编码被相继提出，例如汉明码，BCH码和RS码等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo码以其优异的纠错性能成为通信界的一个里程碑。 然而，Turbo码迭代译码复杂度大，导致其译码延时大，故而在工程中的应用受到一定限制，而并行Turbo译码可以很好地解决上述问题。本论文的主要工作是通过硬件实现一种基于帧分裂和归零处理的新型并行Turbo编译码算法。论文提出了一种基于多端口存储器的并行子交织器解决方法，很好地解决了并行访问存储器冲突的问题。 本论文在现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现了一种基于帧分裂和篱笆图归零处理的并行Turbo编译码器。所实现的并行Turbo编译码器在时钟频率为33MHz，帧长为1024比特，并行子译码器数和最大迭代次数均为4时，可支持8.2Mbps的编译码数掘吞吐量，而译码时延小于124us。本文还使用EP2C35FPGA芯片设计了系统开发板。该开发板可提供高速以太网MAC／PHY和PCI接口，很好地满足了通信系统需求。系统测试结果表明，本文所实现的并行Turbo编译码器及其开发板运行正确、有效且可靠。 本论文主要分为五章，第一章为绪论，介绍Turbo码背景和硬件实现相关技术。第二章为基于帧分裂和归零的并行Turbo编码的设计与实现，分别介绍了编码器和译码器的RTL设计，还提出了一种基于多端口存储器的并行子交织器和解交织器设计。第三章讨论了使用NIOS处理器的SOC架构，使用SOC架构处理系统和基于NIOSII处理器和uC／0S一2操作系统的架构。第四章介绍了FPGA系统开发板设计与调试的一些工作。最后一章为本文总结及其展望。
上传时间： 2013-04-24
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8051处理器自诞生起近30年来，一直都是嵌入式应用的主流处理器，不同规模的805l处理器涵盖了从低成本到高性能、从低密度到高密度的产品。该处理器极具灵活性，可让开发者自行定义部分指令，量身订制所需的功能模块和外设接口，而且有标准版和经济版等多种版本可供选择，可让设计人员各取所需，实现更高性价比的结构。如此多的优越性使得8051处理器牢固地占据着庞大的应用市场，因此研究和发展8051及与其兼容的接口具有极大的应用前景。在众多8051的外设接口中，I2C总线接口扮演着重要的角色。通用的12C接口器件，如带12C总线的RAM，ROM，AD／DA，LCD驱动器等，越来越多地应用于计算机及自动控制系统中。因此，本论文的根本目的就是针对如何在8051内核上扩展I2C外设接口进行较深入的研究。 本课题项目采用可编程技术来开发805l核以及12C接口。由于8051内核指令集相容，我们能借助在现有架构方面的经验，发挥现有的大量代码和工具的优势，较快地完成设计。在8051核模块里，我们主要实现中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时／计数器、并行接口、串行接口和中断系统等七大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，这些都是标准8051核所具有的模块。在其之上我们再嵌入12C的串行通信模块，采用自下而上的方法，逐次实现一位的收发、一个字节的收发、一个命令的收发，直至实现I2C的整个通信协议。 8051核及I2C总线的研究通过可编程逻辑器件和一块外围I2C从设备TMPl01来验证。本课题的最终目的是可编程逻辑器件实现的8051核成功并高效地控制扩展的12C接口与从设备TMPl01通信。 用EP2C35F672C6芯片开发的12C接口，数据的传输速率由该芯片嵌入8051微处理的时钟频率决定。经测试其传输速率可达普通速率和快速速率。 目前集成了该12C接口的8051核已经在工作中投入使用，主要用于POS设备的用户数据加密及对设备温度的实时控制。虽然该设备尚未大批量投产，但它已成功通过PCI(PaymentCardIndustry)协会认证。
上传时间： 2013-06-18
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随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅立叶变换(FFT)使离散傅立叶变换的运算时间缩短了几个数量级，在数字信号处理领域被广泛应用。FFT已经成为现代信号处理的重要手段之一。 现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时基于FPGA实现FFT的设计方法和思想被提出。本次设计的目的是快速傅立叶变换(FFT)的FPGA实现。 此文在分析了快速傅立叶算法的基础上，提出了一种频率抽取基4 FFT的FPGA设计方案，针对现有FFT的FPGA实现过程中蝶形运算需要频繁乘以多个旋转因子提出了改进方法，减少了旋转因子的乘法次数和存储空间，加快了蝶形运算的速度，设计的地址映射方法，无需运算即可得到所需数据的存放地址，并结合采用乒乓结构和流水线方式，来提高快速傅立叶变换(FFT)FPGA实现的速度。描述了一片FPGA芯片内完成了整个FFT处理器的电路设计，经过模块时序仿真和数据的验证及测试，达到工作在50MHz时钟频率的设计要求。最后对后续设计做了描述，并对用FPGA实现FFT做了展望。
上传时间： 2013-04-24
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在过去的十几年间，FPGA取得了惊人的发展：集成度已达到1000万等效门、速度可达到400～500MHz。随着FPGA的集成度不断增大，在高密度FPGA中，芯片上时钟的分布质量就变得越来越重要。时钟延时和时钟相位偏移已成为影响系统性能的重要因素。现在，解决时钟延时问题主要使用时钟延时补偿电路。 为了消除FPGA芯片内的时钟延时，减小时钟偏差，本文设计了内置于FPGA芯片中的延迟锁相环，采用一种全数字的电路结构，将传统DLL中的用模拟方式实现的环路滤波器和压控延迟链改进为数字方式实现的时钟延迟测量电路，和延时补偿调整电路，配合特定的控制逻辑电路，完成时钟延时补偿。在输入时钟频率不变的情况下，只需一次调节过程即可完成输入输出时钟的同步，锁定时间较短，噪声不会积累，抗干扰性好。 在Smic0.18um工艺下，设计出的时钟延时补偿电路工作频率范围从25MHz到300MHz，最大抖动时间为35ps，锁定时间为13个输入时钟周期。另外，完成了时钟相移电路的设计，实现可编程相移，为用户提供与输入时钟同频的相位差为90度，180度，270度的相移时钟；时钟占空比调节电路的设计，实现可编程占空比，可以提供占空比为50/50的时钟信号；时钟分频电路的设计，实现频率分频，提供1.5，2，2.5，3，4，5，8，16分频时钟。
上传时间： 2013-07-06
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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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随着GPS(Global Positioning System)技术的不断发展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特点使得GPS接收机的用户数量大幅度增加，应用领域越来越广。但由于定位过程中各种误差源的存在，单机定位精度受到影响。目前常从两个方面考虑减小误差提高精度：①用高精度相位天线、差分技术等通过提高硬件成本获取高精度；②针对误差源用滤波算法从软件方面实现精度提高。两种方法中，后者相对于前者在满足精度要求的前提下节约成本，而且便于系统融合，是应用于GPS定位的系统中更有前景的方法。但由于在系统中实现定位滤波算法需要时间，传统CPU往往不能满足实时性的要求，而FPGA以其快速并行计算越来越受到青睐。 本文在FPGA平台上，根据“先时序后电路”的设计思想，由同步没计方法以及自顶向下和自下而上的混合设计方法实现系统的总体设计。从GPS-OEM板输出的定位信息的接收到定位结果的坐标变换，最终到kalman滤波递推计算减小定位误差，实现实时、快速、高精度的GPS定位信息采集处理系统，为GPS定位数据的处理方法做了新的尝试，为基于FPGA的GPS嵌入式系统的开发奠定了基础。具体工作如下： 基于FPGA设计了GPS定位数据的正确接收和显示，以及经纬度到平面坐标的投影变换。根掘GPS输出信息标准和格式，通过串口接收模块实现串口数掘的接收和经纬度信息提取，并通过LCD实时显示。在提取信息的同时将数据格式由ASCⅡ码转变为十进制整数型，实现利用移位和加法运算达到代替乘法运算的效果，从而减少资源的利用率。在坐标转换过程中，利用查找表的方法查找转化时需要的各个参数值，并将该参数先转为双精度浮点小数，再进行坐标转换。根据高斯转化公式的规律将公式简化成只涉及加法和乘法运算，以此简化公式运算量，达到节省资源的目的。 卡尔曼滤波器的实现。首先分析了影响定位精度的各种误差因素，将各种误差因素视为一阶马尔科夫过程的总误差，建立了系统状态方程、观测方程和滤波方程，并基于分散滤波的思想进行卡尔曼滤波设计，并通过Matlab进行仿真。结果表明，本文设计的卡尔曼滤波器收敛性好，定位精度高、估计误差小。在仿真基础上，实现基于FPGA的卡尔曼滤波计算。在满足实时性的基础上，通过IP核、模块的分时复用和树状结构节省资源，实现数据卡尔曼滤波，达到提高数据精度的效果。 设计中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676为硬件平台，采用Verilog HDL硬件描述语言实现，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布线，一共使用44438个逻辑资源，时钟频率达到100MHZ以上，满足实时性信号处理要求，在保证精度的前提下达到资源最优。Modelsim仿真验证了该设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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H.264视频编解码标准以其高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等优点在数字电视广播、网络视频流媒体传输、视频实时通信等许多方面得到了广泛应用。提高H.264帧内预测的速度，对于实时性要求较高的场合具有重大的意义。为此，论文在总结国内外相关研究的基础上，针对H.264帧内预测的软件实现具有运算量大、实时性差等缺点，提出了一种基于FPGA的高并行、多流水线结构的帧内预测算法的硬件实现。 论文在详细阐述H.264帧内预测编码技术的基础上，分析了17种预测模式算法，通过Matlab仿真建模，直观地给出了预测模式的预测效果，并在JM12.2官方验证平台上测试比较各种预测模式对编码性能的影响，以此为根据对帧内预测模式进行裁剪。接着论文提出了基于FPGA的帧内预测系统的设计方案，将前段采集剑的RGB图像通过色度转换模块转换成YCbCr图像，存入片外SDRAM中，控制模块负责读写数掘送入帧内预测模块进行处理。帧内预测模块中，采用一种并行结构的可配置处理单元，即先求和再移位最后限幅的电路结构，来计算各预测模式下的预测值，极大地减小了预测电路的复杂度。针对预测模式选择算法，论文采用多模式并行运算的方法，即多个结构相同的残差计算模块，同时计算各种预测模式对应的SATD值，充分发挥FPGA高速并行处理的能力。其中Hadamard变换使用行列分离的变换方法，采用蝶形快速变换、流水线设计提高硬件的工作效率。最后，论文设计了LCD显示模块直观地显示所得到的最佳预测模式。 整个帧内预测系统被划分成多个功能模块，采用层次化、模块化的设计思想，并采用流水线结构和乒乓操作来提高系统的并行性、运行速度和总线利用率。所有模块用Verilog语言设计，由Modelsim仿真和集成开发环境ISE9.1综合。仿真与综合结果表明，系统时钟频率最高达到106.7MHz。该设计在完成功能的基础上，能够较好地满足实时性要求。论文对于研究基于FPGA的H.264视频压缩编码系统进行了有益的探索，具有一定的实用价值。
上传时间： 2013-07-21
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基于过采样和∑-△噪声整形技术的DAC能够可靠地把数字信号转换为高精度的模拟信号(大于等于16位)。采用这一架构进行数模转换具有诸多优点，例如极低的失配噪声和更高的可靠性，便于实现嵌入式集成等，最重要的是可以得到其他DAC结构所无法达到的精度和动态范围。在高精度测量，音频转换，汽车电子等领域有着广泛的应用价值。 本文采用∑-△结构以FPGA方式实现了一个具有高精度的数模转换器，在24比特的输入信号下，达到了约150dB的信噪比。作为一个灵活的音频DAC实现方案。该DAC可以对CD/DVD/HDCD/SACD等多种制式下的音频信号进行处理，接受并转换采样率为32/44.1/48/88.2/96/192kHz，字长为16/18/20/24比特的PCM数据，具备良好的兼容性和通用性。 由于非线性和不稳定性的存在，高阶∑-△调制器的设计与实现存在较大的难度。本文综合大量文献中的经验原则和方法，阐述了稳定的高阶高精度调制器的设计流程；并据此设计了达到24bit精度和满量程输入范围的的5阶128倍调制器。本文创新性地提出了∑-△调制器的一种高效率流水线实现结构。分析表明，与其他常见的∑-△调制器实现结构相比，本方案具有结构简单、运算单元少等优点；此外在同样信号采样率下，调制器所需的时钟频率大大降低。 文中的过采样滤波模块采用三级半带滤波器和一个可变CIC滤波器级联组成，可以达到最高128倍的过采样比，同时具有良好的通带和阻带特性。在半带滤波器的设计中采用了CSD编码，使结构得到了充分的简化。 本文提出的过采样DAC方案具有可重配置结构，让使用者能够方便地控制过采样比和调制器阶数。通过积分梳状滤波器的配置，能够获得32/64/128倍的不同过采样比，从而实现对于32～192kHz多种采样率输入的处理。在不同输入字长情况下，通过调制器的重构，则可以将调制器由高精度的5阶模式改变为功耗更低的3阶模式，满足不同分辨率信号输入时的不同精度要求。这是本文的另一创新之处。 目前，该过采样DAC已经在XilinxVirtexⅡ系列FPGA器件下得到硬件实现和验证。测试表明，对于从32kHz到192kHz的不同输入信号，该DAC模块输出1比特码流的带内信噪比均能满足24比特数据转换应用的分辨率要求。
上传时间： 2013-07-08
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卷积Turbo码因其优异的纠错性能越来越受人门的关注，而编码器和译码器是编码理论实际应用的重点和难点。论文根据IEEE802.16e标准，以低时延、高吞吐量、支持高时钟频率、参数可配置为目标，对卷积Turbo码编码器和译码器的FPG...
上传时间： 2013-05-19
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