第1章 引 言产业界人士和观察家（甚至包括那些经过多年外层空间旅行刚刚返回这个世界的人）都已经很清楚，因特网（ I n t e r n e t）发展所达到的地位和其所产生的现象都不同于本世纪或上世纪所提出的任何一种技术。 I n t e r n e t的延伸和影响范围、有关 I n t e r n e t 出版物、以及包括美国在线（A O L）、美国电报电话公司（ AT & T）和微软公司等I n t e r n e t产业界的大量风险投资者，这一切都会使我们有一种纷繁迷乱的感觉。所有这些都是通过这样或那样的方式与 I n t e r n e t连接起来。I n t e r n e t也是Joe Sixpack和Fortune 1000这样的网站每天都关心、考虑和使用的唯一技术。或许I n t e r n e t是世界上少有的几个能够以相同的平等程度来对待每一个用户的实体组织之一。一个企业的首席执行官（ C E O）如果想给公司提供更好的网络服务保证，他必须建立一个专用网络。而在I n t e r n e t中，每一个人对网络的访问都是平等的。I n t e r n e t的发展并没有损害到那些在过去 1 5 0年中所发展起来的其他技术。的确，电话技术是相当重要的，它可以使我们能够在双方不见面的情况下通过声音与线路另一端的人通话。同样，汽车也改变了我们的生活，汽车的出现能够使我们在一天之内跨越更大的距离，而这个距离要比任何其他动物多出一个数量级。电灯、无线电和电视都曾经是改善我们日常生活的十分重要的技术，扩展了我们在非睡眠状态的时间，向我们传播各种信息，使我们享受更多的娱乐。我们已经在很大程度上解决了生存问题。大多数人的饭桌上有足够的食品、有温暖的住所，并且都有一个工作场所，可以每天早出晚归地工作。我们也可以不必被动地接收各种电视节目，而可以轻松地使用遥控器选择欣赏自己喜爱的频道。I n t e r n e t除了有把事情变得更好的能力外，也可能会把事情搞得更糟。在好的一方面，I n t e r n e t能够使我们在世界范围同人们进行对等通信；使我们能够访问那些存储在数以百万计的网络计算机上的几乎无限的大量信息。一些功能强大的搜索引擎能够使我们更加简单和迅速地实现对有用、有意义的信息资源的定位。不同阶段的商务活动，包括从最初的偶然兴趣直到成熟的采购定单等，都可以在 I n t e r n e t上完成。甚至于许多人已经开始幻想在将来的某天，I n t e r n e t能使我们不再需要每天早起去上班了。人们可以靠在枕头上使用一台膝上型计算机（或许将来可能出现的任何先进的计算机）通过拨接 I n t e r n e t对所有的商务活动和某些消遣娱乐进行管理和维护。在不利的一方面，I n t e r n e t也可能使我们成为有电子怪癖的人，使我们缺乏与其他人进行直接交流的能力。人们仅有的非睡眠时间都将被耗费在计算机的荧光屏前，不停地键入I n t e r n e t地址（U R L）或指向其他的超级链接。最令人不安的是，由于“等待回应（ W F R E，waiting for reply）”而浪费的时间是不可挽回的。 W F R E现象的出现是由于I n t e r n e t上太拥塞、太慢，以至于你的浏览器似乎进入了一个永久“等待回应”的状态。有时候它只是几秒钟的问题；另一些情况下可能是几分钟。你在 W F R E状态下盯着计算机荧光屏等待所花费的时间第一部分 概 述是相当大的，这些时间的总和可能会是一个令人吃惊的数字，其数量级或许是几个月甚至几年。我们所讨论的要点在于：1) Internet已经经历了巨大的增长过程，并且这种增长将会继续。2) 不论是居民用户或者是团体用户， I n t e r n e t都受到了同等的欢迎。对于后者， I n t e r n e t还意味着新的收入增长点。3) 一些实力很强并且有创造力的产业巨头正在致力于 I n t e r n e t的应用，以便为其企业自身及其消费者提供有利条件。无庸置疑，不论是偶尔对 I n t e r n e t的临时使用还是正式规范地应用I n t e r n e t，都将导致对I n t e r n e t更多的兴趣和广告宣传。与此同时，也将伴随着 I n t e r n e t应用和及其流量的成比例的增长。4) 目前I n t e r n e t的带宽和容量还是缺乏的，这导致了 I n t e r n e t上不稳定的响应时间和不可预知的性能。同时产生的问题是， I n t e r n e t是否有能力支持未来的、高带宽需求的、时延敏感的应用？或者说I n t e r n e t是否有能力支持居民对带宽容量的适度增长的需求？我们是如何进入了这样一个不稳定的状态呢？这个问题有若干答案，但其中没有一个是真正有权威性的解释，或许还有一些是可以根本不考虑的。首先， I n t e r n e t是其自身成功的一个受害者。每一天都有新的用户加入到 I n t e r n e t中，越来越多的人不停地使用浏览器通过一个We b站点搜寻他们所感兴趣的下一个 We b站点。由于访问 I n t e r n e t的价格仅是电话的市话费用附加一个适度的费率，因此并没有一个价格上的保护手段来防止某些浏览者对 I n t e r n e t资源的长时间占用。另一种资源的缺乏不一定是由于网络资源的不足引起的，而更大程度上是由于服务器的资源不足造成的。对某些服务器或服务器阵列来说，突发性的连接请求所引起的负荷和突发的频度可能大大超过了这些服务器的处理能力。这种突发的大量的连接请求一般发生在大量的客户试图同时访问同一个 We b服务器的时候。这个问题可以被认为是一个临时性的问题，因为服务器的供应商通常会不断地提供新型的内容服务器主机、负载平衡器、 We b缓存器等来使该问题得到缓解 。另一个问题是某些链路可能正好没有足够的带宽来支持业务所提供的流量负荷。这个问题的部分解决方案当然是增加更多的带宽；一些新的技术，如波分复用（ W D M）技术，似乎可以为用户提供几乎无限的带宽。所有这些我们上述所讨论的问题都是造成 I n t e r n e t及I n t r a n e t（I n t r a n e t是I n t e r n e t在企业范围内的一个著名的复制品）性能极其不稳定的重要因素。在这些问题中，有很多都已经被研究清楚了；虽然其中有些诸如价格等问题是不可能在一夜之间得到解决的，但是我们至少已经知道解决方案是存在的，并且可以在不久的将来得到应用。然而，有关I n t e r n e t性能和基于I P协议进行网络互连的最基本问题，很大程度上还在于基本 I P路由转发处理过程和该功能的实现平台。
标签： ip交换技术
上传时间： 2022-07-27
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随着通信技术的发展，视频传输系统因具有方便、实时、准确等特点已成为现代工业管理、安全防范、城市交通中必不可少的重要部分。而光纤传输以大容量、保密性能好、抗干扰能力强、传输距离等优点越来越受人们的关注。本论文以FPGA为核心芯片，结合数字化技术和时分复用技术，提出了一种无压缩多路数字视频光纤传输系统设计方案，并详细分析方案的设计过程。 系统分A/D转换、D/A转换和FPGA数据处理三大模块化进行设计，FPGA数据处理模块实现了程序的配置下载、IO口的控制功能、各时钟分频、锁相功能和多路数字信号的复接解复接仿真，同时完成了视频信号的A/D转换和数字视频信号的D/A转换功能，最终实现了八路视频信号在一根光纤上实时传输的功能。接收视频图像轮廓清晰、没有不规则的闪烁、没有波浪状等条纹或横条出现，基本满足视频监控系统的图像质量指标要求。各路视频信号的输入输出电接口、阻抗和收发光接口均符合国家标准，系统具高集成度、灵活性等特点，能广泛应用于各场合的视频监控系统和安全防范系统中。 关键词：FPGA，光纤传输，视频信号
上传时间： 2013-06-05
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现场可编程门阵列(FPGA)的发展已经有二十多年，从最初的1200门发展到了目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。现在，FPGA已广泛地应用于通信、消费类电子和车用电子类等领域，但国内市场基本上是国外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上时钟分布质量变的越来越重要，时钟延迟和时钟偏差已成为影响系统性能的重要因素。目前，为了消除FPGA芯片内的时钟延迟，减小时钟偏差，主要有利用延时锁相环(DLL)和锁相环(PLL)两种方法，而其各自又分为数字设计和模拟设计。虽然用模拟的方法实现的DLL所占用的芯片面积更小，输出时钟的精度更高，但从功耗、锁定时间、设计难易程度以及可复用性等多方面考虑，我们更愿意采用数字的方法来实现。 本论文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA为研究基础，对全数字延时锁相环(DLL)电路进行分析研究和设计，在此基础上设计出具有自主知识产权的模块电路。 本文作者在一年多的时间里，从对电路整体功能分析、逻辑电路设计、晶体管级电路设计和仿真以及最后对设计好的电路仿真分析、电路的优化等做了大量的工作，通过比较DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL，深入的分析了全数字DLL模块电路组成结构和工作原理，设计出了符合指标要求的全数字DLL模块电路，为开发自我知识产权的FPGA奠定了坚实的基础。 本文先简要介绍FPGA及其时钟管理技术的发展，然后深入分析对比了DLL和PLL两种时钟管理方法的优劣。接着详细论述了DLL模块及各部分电路的工作原理和电路的设计考虑，给出了全数字DLL整体架构设计。最后对DLL整体电路进行整体仿真分析，验证电路功能，得出应用参数。在设计中，用Verilog-XL对部分电路进行数字仿真，Spectre对进行部分电路的模拟仿真，而电路的整体仿真工具是HSIM。 本设计采用TSMC0.18μmCMOS工艺库建模，设计出的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，工作温度为-55℃～125℃，最大抖动时间为28ps，在输入100MHz时钟时的功耗为200MW，达到了国外同类产品的相应指标。最后完成了输出电路设计，可以实现时钟占空比调节，2倍频，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16时钟分频等时钟频率合成功能。
上传时间： 2013-06-10
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自香农先生于1948年开创信息论以来，经过将近60年的发展，信道编码技术已经成为通信领域的一个重要分支，各种编码技术层出不穷。目前广泛研究的低密度奇偶校验(LDCP)码是由R.G.Gallager先生提出的一种具有逼近香农限性能的优秀纠错码，并已在数字电视、无线通信、磁盘存储等领域得到大量应用。 目前数字电视已经成为最热门的话题之一，用手机看北京奥运，已经成为每一个中国人的梦想。最近两年我国颁布了两部与数字电视有关的通信标准，分别是数字电视地面传输标准(DMB-TH)和移动多媒体(CMMB)即俗称的手机电视标准。数字电视正与每个人走得越来越近，我国预期在2015年全面实现数字电视并停止模拟电视的播出。作为数字电视标准的核心技术之一的前向纠错码技术已经成为众多科研单位的研究热点，相应的编解码芯片更成为重中之重。在DMB-TH标准中用到了LDPC码和BCH码的级联编码方式，在CMMB标准中用到了LDPC码和RS码的级联编码方式，在DVB-S2标准中用到了LDPC码和BCH码的级联编码方式。 本论文以目前最重要的三个与数字电视相关的标准：数字电视地面传输标准(DMB-TH)、手机电视标准(CMMB)以及数字卫星电视广播标准(DVB-S2)为切入点，深入研究它们的编码方式，设计了这三个标准中的LDPC码编码器，并在FPGA上实现了前两个标准的编码芯片，实现了DMB-TH标准中0.4、0.6以及0.8三种码率的复用。在研究CMMB标准中编码器设计时，提出一种改进的LU分解算法，该分解方式适合任意的H矩阵，具有一定的广泛性。测试结果表明，芯片逻辑功能完全正确，速度和资源消耗均达到了标准的要求，具有一定的商用价值。
上传时间： 2013-07-07
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JPEG 2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准，小波变换是JEPG 2000核心算法之一。小波变换是一种可达到时(空)域或频率域局部化的时频域或空频域分析方法，其多尺度分解特性符合人类的视觉机制，更加适用于图像信息的处理。提升小波变换是一类不采用傅立叶变换做为主要分析工具的小波变换新方法，提升小波变换的提出大大简化了小波变换的计算，使其在实时信号处理领域得到广泛的应用。通过提升的方法很容易构造一般的整数小波变换，由于图像一般用位数较低的整数表示，整数小波变换可以将为整数序列的图像矩阵映射成整数小波系数矩阵，这就大大简化了小波变换的硬件电路设计。在当今数字化和信息化时代背景下，研究具有高速硬件处理功能的可变程逻辑器件在图像压缩算法领域的应用已经成为当今研究的热点。 本文旨在探讨和研制基于FPGA的小波变换模块的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根据JPEG 2000推荐无损提升小波算法和有损提升小波算法，设计图像压缩系统的小波变换模块。主要工作如下： 第一部分介绍了传统小波分析理论和提升小波分析理论。包括连续小波时频局域性的特征，离散小波变换系数的意义，多分辨分析引出的构造小波基的系统方法和计算离散小波的快速算法等。重点放在介绍正交小波和双正交小波的构造方法，并介绍了数字图像在小波域的特点。讨论了提升小波变换的基本思想，讨论了用提升方法构造小波基以及传统小波变换的提升实现，讨论了整数小波变换。 第二部分介绍了FPGA结构及其设计流程。介绍了FPGA/CPLD器件的特征、发展趋势及FPGA/CPLD基本结构，然后重点介绍了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的结构特点，以及Xilinx的FPGA开发软件ISE，最后介绍了硬件描述语言VHDL语言的特点。 最后一部分是本论文研究的主要内容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波变换的一维变换模块设计和二维变换模块设计。一维提升小波变换模块采用两种不同的电路结构进行设计-低速低功耗的串行流水线结构和高速高功耗的并行阵列结构。同样，二维小波变换模块也采用了两种不同的电路结构进行设计-低速低功耗的折叠结构和高速高功耗的串行结构。 文章对提升小波变换的FPGA实现中的大量细节问题进行了讨论，给出了每种结构提升小波变换模块的电路原理图，并对原理图进行了仿真测试，仿真测试结果不仅表明了模块功能的正确性，而且表明不同小波模块可以满足相应领域的实际要求。
上传时间： 2013-06-08
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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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数字超声诊断设备在临床诊断中应用十分广泛，研制全数字化的医疗仪器已成为趋势。尽管很多超声成像仪器设计制造中使用了数字化技术，但是我们可以说现代VLSI 和EDA 技术在其中并没有得到充分有效的应用。随着现代电子信息技术的发展，PLD 在很多与B 型超声成像或多普勒超声成像有关的领域都得到了较好的应用，例如数字通信和相控雷达领域。 在研究现代超声成像原理的基础上，我们首先介绍了常见的数字超声成像仪器的基本结构和模块功能，同时也介绍了现代FPGA 和EDA 技术。随后我们详细分析讨论了B 超中，全数字化波束合成器的关键技术和实现手段。我们设计实现了片内高速异步FIFO 以降低采样率，仿真结果表明资源使用合理且访问时间很小。正交检波方法既能给出灰度超声成像所需要的回波的幅值信息，也能给出多普勒超声成像所需要的回波的相移信息。我们设计实现了基于直接数字频率合成原理的数控振荡器，能够给出一对幅值和相位较平衡的正交信号，且在FPGA 片内实现方案简单廉价。数控振荡器输出波形的频率可动态控制且精度较高，对于随着超声在人体组织深度上的穿透衰减，导致回波中心频率下移的声学物理现象，可视作将回波接收机的中心频率同步动态变化进行补偿。 还设计实现了B 型数字超声诊断仪前端发射波束聚焦和扫描控制子系统。在单片FPGA 芯片内部设计实现了聚焦延时、脉宽和重复频率可动态控制的发射驱动脉冲产生器、线扫控制、探头激励控制、功能码存储等功能模块，功能仿真和时序分析结果表明该子系统为设计实现高速度、高精度、高集成度的全数字化超声诊断设备打下了良好的基础，将加快其研发和制造进程，为生物医学电子、医疗设备和超声诊断等方面带来新思路。
上传时间： 2013-06-18
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该课题通过对开放式数控技术的全面调研和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,结合激光雕刻领域的具体需要,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了世界开放式数控技术和相关运动控制技术的最新成果,采纳了基于DSP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.该论文主要内容如下:首先,通过对制造业、开放式数控系统、运动控制卡等行业现状的全面调研,基于对运动系统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,确定了基于DSP和FPGA的运动控制设计方案,并规划了板卡的总体结构.其次,针对运动控制中的一些具体问题,如高速、高精度、运动平稳性、实时控制以及多轴联动等,在FPGA上设计了功能相互独立的四轴运动控制电路,仔细规划并定义了各个寄存器的具体功能,设计了功能完善的加/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,完全实现了S-曲线升降速运动、自动降速点运动、A/B相编码器倍频计数电路等特殊功能.再次,介绍了DSP在运动控制中的作用,合理规划了DSP指令的形成过程,并对DSP软件的具体实现进行了框架性的设计.然后,根据光电隔离原理设计了数字输入/输出电路;结合DAC原理设计了四路模拟输出电路;实现了PCI接口电路的设计;并针对常见的干扰现象,提出了有效的抗干扰措施.最后,利用运动控制卡强大的运动控制功能,并针对激光雕刻行业进行大幅图形扫描时需要实时处理大量的图形数据的特别需要,在板卡第四轴完全实现了激光控制功能,并基于FPGA内部的16KBit块RAM,开辟了大量数据区以便进行大幅图形的实时处理.
上传时间： 2013-06-09
上传用户：youlongjian0
在很多高精度计算场合需要采用浮点运算。过去用门电路进行各种运算通常为定点运算，但其计算精度有限。随着现场可编程门阵（FPGA）的迅速发展，可以采用FPGA实现浮点运算。 本文首先介绍定点数和浮点数的格式，完成基于FPGA的几种常用浮点运算器的VHDL设计，包括浮点数与定点数之间的相互转换，浮点加法器、减法器、乘法器以及除法器。在这些浮点运算单元电路中采用多级流水线技术，并在某些方面优化算法，提高了运算器的性能。在此基础上讨论浮点运算器的应用，通过调用自主开发的浮点乘、加模块设计浮点FIR滤波器，并将其应用于正交中频采样，结果表明浮点运算的正交中频采样可以得到更高的镜频抑制比。最后应用浮点运算模块设计浮点FFT处理器，在FPGA中实现高精度的FFT处理。
上传时间： 2013-05-20
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软件无线电技术作为一种新的通信技术，其基本思想是构造一个通用硬件平台，使宽带A/D，D/A尽量靠近天线，在数字域完成信号处理，通过选用不同软件模块即可实现不同的通信功能，这样大大缩短了电台的研发周期。该技术在通信(尤其是在移动通信)领域有着迫切的需求和广阔的应用前景。 本文阐述了软件无线电的基础理论，对信号采样理论、多速率信号处理技术、高效数字滤波器、数字正交变换理论进行了分析和研究。从目前器件发展水平和实验研究条件出发，设计了一个基于FPGA的软件无线电通信平台。设计采用了中频数字化处理的硬件平台结构，选用Altera Cyclone系列FPGA作为信号处理和总体控制配置的核心，并结合专用通信芯片，数字上变频器AD9856和数字下变频器AD6654来实现该平台。采用VHDL和Verilog HDL语言对时分复用模块、信道编解码模块、调制解调模块等进行了模块化设计，并对电路板设计过程中系统的配置和控制、无源滤波器设计、阻抗匹配电路设计等问题进行了详细的讨论，最后对印制电路板进行测试和调试，获得了预期的效果。 本文给出的设计方案，大大简化了数字通信系统的硬件设备，具有较强的通用性和灵活性，通过修改系统参数和配置程序，即可适应不同的通信模式和信道状况，充分体现了软件无线电的优势。该平台不仅仅能应用在通信设备上，在许多系统验证平台、测试设备中均可应用，颇具实用价值。
上传时间： 2013-07-21
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