《计算机组成原理》是计算机系的一门核心课程。但是它涉及的知识面非常广，内容包括中央处理器、指令系统、存储系统、总线和输入输出系统等方面，学生在学习该课程时，普遍觉得内容抽象难于理解。但借助于该计算机组成原理实验系统，学生通过实验环节，可以进一步融会贯通学习内容，掌握计算机各模块的工作原理，相互关系的来龙去脉。 为了增强实验系统的功能，提高系统的灵活性，降低实验成本，我们采用FPGA芯片技术来彻底更新现有的计算器组成原理实验平台。该技术可根据用户要求为芯片加载由VHDL语言所编写出的不同的硬件逻辑，FPGA芯片具有重复编程能力，使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程，这种称为“软”硬件的全新系统设计概念，使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它不仅使该系统性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使学生自己设计不同的实验变为可能。计算机组成原理实验的最终目的是让学生能够设计CPU，但首先，学生必须知道CPU的各个功能部件是如何工作，以及相互之间是如何配合构成CPU的。因此，我们必须先设计出一个教学用的以FPGA芯片为核心的硬件平台，然后在此基础上开发出VHDL部件库及主要逻辑功能，并设计出一套实验。 本文重点研究了基于FPGA芯片的VHDL硬件系统，由于VHDL的高标准化和硬件描述能力，现代CPU的主要功能如计算，存储，I/O操作等均可由VHDL来实现。同时设计实验内容，包括时序电路的组成及控制原理实验、八位运算器的组成及复合运算实验、存储器实验、数据通路实验、浮点运算器实验、多流水线处理器实验等，这些实验形成一个相互关联的系统。每个实验先由教师讲解原理及原理图，学生根据教师提供的原理图，自己用MAX+PLUSII完成电路输入，学生实验实际上是编写VHDL，不需要写得很复杂，只要能调用接口，然后将程序烧入平台，这样既不会让学生花太多的时间在画电路图上，又能让学生更好的理解每个部件的工作原理和工作过程。 论文首先研究分析了FPGA硬件实验平台，即实验系统的硬件组成。系统采用FPGA-XC4010EPC84，62256CPLD以及其他外围芯片(例如74LS244，74LS275)组成。根据不同的实验要求，规划不同实验控制逻辑。用户可选择不同的实验逻辑，通过把实验逻辑下载到FPGA芯片中构成自己的实验平台。 其次，论文详细的阐述了VHDL模块化设计，如何运用VHDL技术来依次实现CPU的各个功能部件。VHDL语言作为一种国际标准化的硬件描述语言，自1987年获得IEEE批准以来，经过了1993年和2001年两次修改，至今已被众多的国际知名电子设计自动化(EDA)工具研发商所采用，并随同EDA设计工具一起广泛地进入了数字系统设计与研发领域，目前已成为电子业界普遍接受的一种硬件设计技术。再次，论文针对实验平台中遇到的较为棘手的多流水线等问题，也进行了深入的阐述和剖析。学生需要什么样的实验条件，实验内容及步骤才能了解当今CPU所采用的核心技术，才能掌握CPU的设计，运行原理。另外，本论文的背景是需要学生熟悉基本的VHDL知识或技能，因为实验是在编写VHDL代码的前提下完成的。 本文在基于实验室的环境下，基本上较为完整的实现了一个基于FPGA的实验平台方案。在此基础上，进行了部分功能的测试和部分性能方面的分析。本论文的研究，为FPGA在实际系统中的应用提供研究思路和参考方案。论文的研究结果将对FPGA与VHDL标准的进一步发展具有重要的理论和现实意义。
上传时间： 2013-04-24
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在图像处理及检测系统中，实时性要求往往影响着系统处理速度的性能。本文在分析研究视频检测技术及方法的基础上，应用嵌入式系统设计和图像处理技术，以交通信息视频检测系统为研究背景，展开了基于FPGA视频图像检测技术的研究与应用，通过系统仿真验证了基于FPGA架构的图像并行处理和检测系统具有较高的实时处理能力，能够准确并稳定地检测出运动目标的信息。可见FPGA对提高视频检测及处理的实时性是一个较好的选择。 本文主要研究的内容有： 1．分析研究了视频图像检测技术，针对传统基于PC构架和DSP处理器的视频检测系统的弊端，并从可靠性、稳定性、实时性和开发成本等因素考虑，提出了以FPGA芯片作为中央处理器的嵌入式并行数据处理系统的设计方案。 2．应用模块化的硬件设计方法，构建了新一代嵌入式视频检测系统的硬件平台。该系统由异步FIFO模块、图像空间转换模块、SRAM帧存控制模块、图像预处理模块和图像检测模块等组成，较好地解决了图像采样存储、处理和传输的问题，并为以后系统功能的扩展奠定了良好的基础。 3．在深入研究了线性与非线性滤波几种图像处理算法，分析比较了各自的优缺点的基础上，本文提出一种适合于FPGA的快速图像中值滤波算法，并给出该算法的硬件实现结构图，应用VHDL硬件描述语言编程、实现，仿真结果表明，快速中值滤波算法的处理速度较传统算法提高了50％，更有效地降低了系统资源占用率和提高了系统运算速度，增强了检测系统的实时性能。 4．研究了基于视频的交通车流量检测算法，重点讨论背景差分法，图像二值化以及利用直方图分析方法确定二值化的阈值，并对图像进行了直方图均衡处理，提高图像检测精度。并结合嵌入式系统处理技术，在FPGA系统上研究设计了这些算法的硬件实现结构，用VHDL语言实现，并对各个模块及相应算法做出了功能仿真和性能分析。 5．系统仿真与验证是整个FPGA设计流程中最重要的步骤，针对现有仿真工具用手动设置输入波形工作量大等弊病，本文提出了一种VHDL测试基准(TestBench)方法解决系统输入源仿真问题，用TEXTIO程序包设计了MATLAB与FPGA仿真软件的接口，很好地解决了仿真测试中因测试向量庞大而难以手动输入的问题。并将系统的仿真结果数据在MATLAB上还原为图像，方便了系统测试结果的分析与调试。系统测试的结果表明，运动目标的检测基本符合要求，可以排除行走路人等移动物体(除车辆外)的噪声干扰，有效地检测出正确的目标。 本文主要研究了基于FPGA片上系统的图像处理及检测技术，针对FPGA技术的特点对某些算法提出了改进，并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim软件开发平台上仿真实现，仿真结果达到预期目标。本文的研究对智能化交通监控系统的车流量检测做了有益探索，对其他场合的图像高速处理及检测也具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-07-13
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本文设计和实现了基于FPGA的数字下变频器DDC，用于宽带数字中频软件无线电接收机中。采用自上向下的模块化设计方法，将DDC的功能划分为基本单元，实现这些功能模块并组成模块库。在具体应用时，优化配置各个模块来满足具体无线通信系统性能的要求。这样做比传统ASIC数字下变频器具有更好的可编程性和灵活性，从而满足不同的工程设计需求。 首先阐述了软件无线电中关键的数字信号处理技术，包括中频处理中的下变频技术、抽取技术以及带通采样技术。利用MATLAB的Simulink完成了对系统的设计与仿真，验证了设计的正确性。之后用QuartusII进行了基于FPGA抽取滤波器和NCO等关键模块的设计，编译后进行了时序仿真，最后在PCB板上实现了实际电路并应用于工程项目中。
上传时间： 2013-08-05
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随着现代互联网规模的不断扩大，网络数据流量迅速增长，传统的路由器已经无法满足网络的交换和路由需求。当前，新一代路由器普遍利用了交换式路由技术，通过使用交换背板以充分利用公共通信链路，有效的提高了链路的利用率，并使各通信节点的并行通信成为可能。硬件系统设计中结合了专用网络处理器，可编程器件各自的特点，采用了基于ASIC，FPGA，CPLD硬件结构模块化的设计方法。基于ASIC技术体系的GSR的出现，使得路由器的性能大大提高。但是，这种路由器主要满足数据业务(文字，图象)的传送要求，不能解决全业务(语音，数据，视频)数据传送的需要。随着网络规模的扩大，矛盾越来越突出，而基于网络处理器技术的新一代路由器，从理论上提出了解决GSR所存在问题的解决方案。 基于网络路由器技术实现的路由器，采用交换FPGA芯片硬件实现的方式，对路由器内部各种单播、多播数据包进行路由转发，实现网络路由器与外部数据收发芯片的数据通信。本文主要针对路由器内部交换FPGA芯片数据转发流程的特点，分析研究了传统交换FPGA所采用的交换算法，针对简单FIFO算法所产生的线头阻塞现象，结合虚拟输出队列(VOQ)机制及队列仲裁算法(RRM)的特点，并根据实际设计中各外围接口芯片，给出了一种消除数据转发过程中出现的线头阻塞的iSLIP改进算法。针对实际网络单播、多播数据包在数据转发处理过程的不同，给出了实际的解决方案。并对FPGA外部SSRAM包缓存带宽的利用，数据转发的包乱序现象及FPGA内部环回数据包的处理流程作了分析并提出了解决方案，有效的提高了路由器数据交换性能。 根据设计方案所采用的算法的实现方式，结合FPGA内部部分关键模块的功能特点及性能要求，给出了交换FPGA内部可用BlockRam资源合理的分配方案及部分模块的设计实现，满足了实际的设计要求。所有处理模块均在xilinx公司的FPGA芯片中实现。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：牛布牛
软件无线电已成为无线通信非常关键的技术之一。其基本思想是将宽带A/D、D/A尽可能靠近天线，在一个开放式、模块化的通用硬件平台上用尽可能多的软件来实现无线电台的各种功能。 本文所讨论的多相滤波器组信道化接收机(PPCR)及信道非均匀划分，即是应用了软件无线电理念的一种新技术。该技术针对传统无线电接收机存在的结构不灵活、系统升级困难、同时处理多信号能力弱及系统规模过大等问题，应用现代多速率信号处理理论对之进行了改进。改进后的软件无线电PPCR．具有全概率接收能力，能对信号进行下变频并降低其采样率处理，实现后资源耗费较低，而且依托现场可编程门阵列(FPGA)建立的平台是开放式的，在需要时可在不改变硬件系统的情况下通过软件更改系统的功能，极大地提高了系统的灵活性。诸多的优点使其具有十分广泛的应用前景，也成为当前研究热点之一。 本文首先介绍了课题的应用背景，并深入讨论了软件无线电的基本理论：信号采样理论及多速率信号处理理论，介绍了应用PPCR的采样处理过程，给出了推导PPCR的数学模型，并在此基础上分析阐述了信道非均匀划分的原理。 在本文的系统仿真及实现部分，首先介绍了应用现代DSP开发工具DSPBuilder进行开发的设计流程，然后对应用DSP Builder来设计PPCR中的主要模块一多相滤波器组及快速傅立叶变换模块做了详细阐述，最后对系统仿真及实现过程的实验结果图进行了分析。 本文主要是在实验室阶段对算法在硬件实现上进行研究。成果可以作为后续应用研究的基础，对各种应用软件无线电理念的通信系统都具有一定的参考价值。
上传时间： 2013-06-17
上传用户：xfbs821
随着科技的发展，电子电路的设计正逐渐摆脱传统的设计模式。可编程逻辑器件及硬件描述语言的出现与发展从根本上改变了数字系统设计与实现的技术与方法，越来越多的数字信号处理系统采用可编程逻辑器件来实现。 数字滤波技术作为数字信号处理的基本分支之一，在各种数字信号处理中起着重要作用，被广泛应用于很多领域。其中有限长冲激响应（FIR）滤波器，只有零点、系统稳定、运算速度快、具有线性相位的特性，设计灵活，在工程实际中获得广泛应用。 本文以数字滤波器的基本理论为依据，通过对现场可编程门阵列（FPGA）内部结构的研究，结合软件工程学中结构化设计思想和硬件描述语言的特点，以9阶FIR低通数字滤波器为例，采用Altera公司的EPIK30TC144-3器件完成了FIR数字滤波器的软硬件设计。我们在设计中采用了层次化、模块化的设计思想，将整个滤波器划分为多个功能模块，利用VHDL语言进行了各个功能模块的设计。 为了使设计的过程和结果更为直观，文中详细介绍了核心及外围硬件电路的设计过程，最终达到了基于FPGA硬件实现参数化FIR数字滤波器的目的。实验测试表明，本论文所设计的基于FPGA的9阶FIR低通数字滤波器基本达到了设计指标。依照此方法，只要修改参数，升级相关硬件，便可以更改滤波器性能，实现高通、带通FIR数字滤波器，说明本设计具有普遍指导意义。
上传时间： 2013-05-24
上传用户：1101055045
JPEG是联合图像专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写，是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图像压缩编码标准。JPEG的基于DCT变换有损压缩具有高压缩比特点，被广泛应用在数据量极大的多媒体以及带宽资源宝贵的网络程序中。 动态图像的JPEG编解码处理要求图像恢复质量高、实时性强，本课题就是针对这两个方面的要求展开的研究。该系统由图像编码服务器端和图像解码客户端组成。其中，服务器端实时采集摄像头传送的动态图像，进行JPEG编码，通过网络传送码流到客户端；客户端接收码流，经过JPEG解码，恢复出原始图像送VGA显示。设计结果完全达到了实时性的要求。 本文从系统实现的角度出发，首先分析了系统开发平台，介绍FPGA的结构特点以及它的设计流程和指导原则；然后从JPEG图像压缩技术发展的历程出发，分析JPEG标准实现高压缩比高质量图像处理的原理；针对FPGA在算法实现上的特点，以及JPEG算法处理的原理，按照编码和解码顺序，研究设计了基于改进的DA算法的FDCT和IDCT变换，以及按发生频率进行优化的霍夫曼查找表结构，并且从系统整体上对JPEG编解码进行简化，以提高系统的处理性能。最后，通过分析Nios嵌入式微处理器可定制特性，根据SOPC Builder中Avalon总线的要求，把图像采集，JPEG图像压缩和网络传输转变成用户自定义模块，在SOPC Builder下把用户自定义模块添加到系统中，由Nios嵌入式软核的控制下运行，在FPGA芯片上实现整个JPEG实时图像编解码系统(soc)。 在FPGA上实现硬件模块化的JPEG算法，具有造价低功耗低，性能稳定，图像恢复后质量高等优点，适用于精度要求高且需要对图像进行逐帧处理的远程微小目标识别和跟踪系统中以及广电系统中前期的非线性编辑工作以及数字电影的动画特技制作，对降低成本和提高图像处理速度两方面都有非常重大的现实意义。通过在FPGA上实现JPEG编解码，进一步探索FPGA在数字图像处理上的优势所在，深入了解进行此类硬件模块设计的技术特点，是本课题的重要学术意义所在。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：shangdafreya
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： 2013-05-22
上传用户：彭玖华
当今电子系统的设计是以大规模FPGA为物理载体的系统芯片的设计，基于FPGA的片上系统可称为可编程片上系统(SOPC)。SOPC的设计是以知识产权核(IPCore)为基础，以硬件描述语言为主要设计手段，借助以计算机为平台的EDA工具进行的。 本文在介绍了FPGA与SOPC相关技术的基础上，给出了SOPC技术开发调制解调器的方案。在分析设计软件Matlab/DSP(Digital Signal Processing)。builder以及Quartus Ⅱ开发软件进行SOPC(System On a Programmable Chip)设计流程后，依据调制解调算法提出了一种基于DSP Builder调制解调器的SOPC实现方案，模块化的设计方法大大缩短了调制解调器的开发周期。 在SOPC技术开发调制解调器的过程中，用MATLAB/Simulink的图形方式调用Altera DSP Builder和其他Simulink库中的图形模块(Block)进行系统建模，在Simulink中仿真通过后，利用DSP Builder将Simulink的模型文件(．mdl)转化成通用的硬件描述语言VHDL文件，从而避免了VHDL语言手动编写系统的烦琐过程，将精力集中于算法的优化上。 基于DSP Builder的开发功能，调制解调器电路中的低通滤波器可直接调用FIRIP Core，进一步提高了开发效率。 在进行编译、仿真调试成功后，经过QuartusⅡ将编译生成的编程文件下载到ALTERA公司Cyclone Ⅱ系列的FPGA芯片EP2C5F256C6，完成器件编程，从而给出了一种调制解调器的SOPC系统实现方案。
上传时间： 2013-05-28
上传用户：koulian
随着现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现，由于其具有集成度高、体积小，可在线编程、开发周期短等优点，因此FPGA被越来越多的应用于数据采集与处理系统中。 论文首先简要介绍了数据采集与处理系统的现状、存在的问题、以及发展的趋势。本数据处理与传输系统采用了ALTERA公司的FPGA芯片，整个系统由数据采集模块、异步FIFO模块、FFT处理模块、DMA控制模块、总线接口模块构成。模拟信号送入后，经AD芯片ADl672转换成数字信号，送入异步FIFO中缓冲，然后进行FFT处理。处理结果向PC104总线进行DMA传输。整个系统做成扩展卡的形式，直接插入PC104插槽内。 在软件方面，从系统功能实现的角度对软件总体设计进行规划，采用模块化的软件设计方法使系统的各部分软硬件更易于设计、实现和调整，文中对系统设计及实现中的关键问题进行了较为详细的描述。经过系统分析、芯片选择、软硬件设计与编程调试，实现整个系统。达到了预期的目标。
上传时间： 2013-07-15
上传用户：jcljkh
