可编程逻辑芯片特别是现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)芯片的快速发展，使得新的芯片能够根据具体应用动态地调整结构以获得更好的性能，这类芯片称为动态可重构FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用这类芯片构建的可重构系统在实际应用前还有许多问题需要解决。一个基本的问题就是动态可重构FPGA芯片中的可重构功能单元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模块布局问题和模块间的布线问题。 本文从基本的FPGA芯片结构和CAD算法谈起，介绍了可重构计算的概念，建立了可重构计算系统模型和动态可重构FPGA芯片模型，在此模型上提出一个基于划分和时延驱动的在线布局算法，和一个基于Pathfinder协商拥塞算法的布线算法，来解决动态可重构FPGA芯片的布局和布线问题。由硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)描述的电路首先被划分成有限数目的层，然后将这些电路层布局到芯片的每一层，同时确保关键路径的时延最小。实验结果表明，布局算法与传统的布局算法(或者文献[37]中的算法)相比，在时延上平均减少27％，在线长上平均减少34％(或者11％)，在运行时间上平均减少42％(或者97％)。布线算法与传统的布线算法相比，能够将线长降低26％，将水平通道宽度降低27％，显示出较高的性能。
上传时间： 2013-05-24
上传用户：Neoemily
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
上传用户：qazwsc
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
上传用户：zhaoq123
由于旋转变压器的高精度高可靠性等特点，广泛的应用于如航空、航天、船舶、兵器、雷达、通讯等领域。旋转变压器输出模拟量交流信号，经过数字处理转换为数字角度信号才能进入计算机或其他控制系统，而这种数字处理比较复杂，采用专用的旋转变压器解码芯片想达到理想的精度通常需要较高的成本，限制了它在其他领域的应用。传统的角测量系统面临的问题有：体积、重量、功耗偏大，调试、误差补偿试验复杂，费用较高。 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。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 本文的目的是研究利用FPGA实现旋转变压器的硬件解码算法，设计基于FPGA的旋转变压器解码系统。 在本文所设计的系统中，通过FPGA芯片产生旋转变压器的激励信号，再控制A/D转换器对旋转变压器的模拟信号的数据进行采样和转换，并对转换完的数据进行滤波处理，使用基于CORDIC算法流水线结构设计的反正切函数模块解算出偏转角θ，最后通过串行口将解算的偏差角数据输出。本文还分析了该系统误差产生的原因和提高系统精度的方法。 实验结果表明，本文所设计的旋转变压器解码器的硬件组成和软件实现基本能够较精确的完成上述的信号转换和数据运算。
上传时间： 2013-05-23
上传用户：gdgzhym
近年来，计算机图形学应用越来越广泛，尤其是三维(3D)绘图。3D绘图使用3D模型和各种影像处理产生具有三维空间真实感的影像，应用于虚拟真实情况以及多媒体的产品上，且多半是使用低成本的实时3D计算机绘图技术为基础。在初期3D图形学刚起步时，由于图形简单，因此可以利用CPU来运算，但随着图形学技术的发展，所要绘制的图形越来越复杂，这时如果单纯依赖CPU来处理，不能达到实时的要求，因此需要专门的硬件来加速图形处理，GPU(图形处理单元)因此出现了。不过由于3D图形加速硬件的复杂性和短寿命，这极大地提高了对硬件开发环境的需要。为了更好的对设计进行更改和测试，不能仅仅用专门定制的方法来设计，需要其他的方：硬件描述语言(HDL)和FPGA。 随着计算机绘图规模的需要，借助辅助硬件资源，来提高图形处理单元(GPU)处理速度的需求越来越普遍。自从15年前现场可编程门阵列(FPGA)开始出现以来，其在可编程硬件领域所起的作用越来越大。它们在速度、体积和速度方面都有了很大的提高。这意味着FPGA在以前只能使用专用硬件的场合越来越重要。其中一个应用领域就是3D图形渲染，在这个研究领域里人们正在利用具有可编程性能的FPGA来帮助改进图形处理单元(GPU)的性能。 能够在廉价、可动态重新配置的FPGA上实现复杂算法来辅助硬件设计。本文的设计就是通过在FPGA上实现3维图形几何处理管线部分功能来提高图形处理速度。具体实现中使用硬件描述语言(Verilog HDL)进行逻辑设计，并发现问题解决问题。 本文主要特色如下： 1.针对几何变换换子系统，提出一种硬件实现方案，该方案能对基本的几何变换如：平移、缩放、旋转和投影进行操作。首先构造出总体变换矩阵，随后进行矩阵乘法运算，再进行投影变换，最后输出变换座标。提出一种脉动阵列结构，用于两个矩阵的乘法运算。找到一种快捷的方法来实现矩阵相乘，将能大大提高系统的效率。 2.对于3D图形裁剪，文中描述了一种裁剪引擎，它能够处理3D图形中的裁剪、透视除法以及视口映射的功能。硬件实现的难度取决于裁剪算法的复杂程度。我们在Sutherland-Hodgman裁剪算法的基础上提出一种新的裁剪算法，该算法通过去除冗余顶点以提高处理速度，同时利用编码来判断线段可见性的方法使得硬件实现变得很容易。 3.最后，我们在FPGA上实现了几何变换以及三维裁剪，并与C语言的模拟结果对比发现结果正确，且三维裁剪能够以3M个三角形/s的速度运行，满足了图形流水中的实时性要求。
上传时间： 2013-04-24
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采用现场可编程门阵列(FPGA)可以快速实现数字电路，但是用于生成FPGA编程的比特流文件的CAD工具在编制大规模电路时常常需要数小时的时间，以至于许多设计者甚至通过在给定FPGA上采用更多的资源，或者以牺牲电路速度为代价来提高编制速度。电路编制过程中大部分时间花费在布线阶段，因此有效的布线算法能极大地减少布线时间。 许多布线算法已经被开发并获得应用，其中布尔可满足性(SAT)布线算法及几何查找布线算法是当前最为流行的两种。然而它们各有缺点：基于SAT的布线算法在可扩展性上有很大缺陷；几何查找布线算法虽然具有广泛的拆线重布线能力，但当实际问题具有严格的布线约束条件时，它在布线方案的收敛方面存在很大困难。基于此，本文致力于探索一种能有效解决以上问题的新型算法，具体研究工作和结果可归纳如下。 1、在全面调查FPGA结构的最新研究动态的基础上，确定了一种FPGA布线结构模型，即一个基于SRAM的对称阵列(岛状)FPGA结构作为研究对象，该模型仅需3个适合的参数即能表示布线结构。为使所有布线算法可在相同平台上运行，选择了美国北卡罗来纳州微电子中心的20个大规模电路作为基准，并在布线前采用VPR399对每个电路都生成30个布局，从而使所有的布线算法都能够直接在这些预制电路上运行。 2、详细研究了四种几何查找布线算法，即一种基本迷宫布线算法Lee，一种基于协商的性能驱动的布线算法PathFinder，一种快速的时延驱动的布线算法VPR430和一种协商A
上传时间： 2013-05-18
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当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动 步进电动机）时，需要用PID的“增量算法”。 增量式PID控制算法可以通过（2-4）式推导出。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：haoxiyizhong
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
上传用户：aappkkee
遗传算法是一种基于自然选择原理的优化算法，在很多领域有着广泛的应用。但是，遗传算法使用计算机软件实现时，会随着问题复杂度和求解精度要求的提高，产生很大的计算延时，这种计算的延时限制了遗传算法在很多实时性要求较高场合的应用。为了提升运行速度，可以使用FPGA作为硬件平台，设计数字系统完成遗传算法。和软件实现相比，硬件实现尽管在实时性和并行性方面具有很大优势，但同时会导致系统的灵活性不足、通用性不强。本文针对上述矛盾，使用基于功能的模块化思想，将基于FPGA的遗传算法硬件平台划分成两类模块：系统功能模块和算子功能模块。针对不同问题，可以在保持系统功能模块不变的前提下，选择不同的遗传算子功能模块完成所需要的优化运算。本文基于Xilinx公司的Virtex5系列FPGA平台，使用VerilogHDL语言实现了伪随机数发生模块、随机数接口模块、存储器接口/控制模块和系统控制模块等系统功能模块，以及基本位交叉算子模块、PMX交叉算子模块、基本位变异算子模块、交换变异算子模块和逆转变异算子模块等遗传算法功能模块，构建了系统功能构架和遗传算子库。该设计方法不仅使遗传算法平台在解决问题时具有更高的灵活性和通用性，而且维持了系统架构的稳定。本文设计了多峰值、不连续、不可导函数的极值问题和16座城市的旅行商问题 (TSP)对遗传算法硬件平台进行了测试。根据测试结果，该硬件平台表现良好，所求取的最优解误差均在1％以内。相对于软件实现，该系统在求解一些复杂问题时，速度可以提高2个数量级。最后，本文使用FPGA实现了粗粒度并行遗传算法模型，并用于 TSP问题的求解。将硬件平台的运行速度在上述基础上提高了近1倍，取得了显著的效果。关键词：遗传算法，硬件实现，并行设计，FPGA，TSP
上传时间： 2013-06-15
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FPGA布局算法和软件位于工艺映射和布线之间，是一个承上启下的阶段，对最终的布通率和时序都有着重要的影响。 本论文的工作之一便是研究旨在提高布通率的布局算法。在研究了国内外装箱和布局算法的基础上，本文提出了一种新的结合了装箱的布局算法框架，并称之为"低温交替改善的"布局算法。其基本思想是，在模拟退火的低温阶段交替的优化装箱和布局。本文给了基于学术界标准布局布线软件VPR的一个软件实现，并且提出了低温的判定条件以及一种新的选择待交换逻辑单元的方法。采用三种不同的装箱算法作为布局输入，基于VPR的低温交替改善的布局算法实现，在布通率上，比VPR分别提高了21.3％、15.5％、10.7％。而带来的平均额外时间开销不到20％。 FPGA布局软件实现对整个FPGA CAD流程的运行效率，算法的可扩展性也有着不可忽视的影响。现代FPGA有着多样而复杂的逻辑和布线资源。而学术界的布局软件'VPR所面向的FPGA却只能处理十分简单的FPGA结构，对于宏、总线、多时钟等实际应用中很重要的部分都没有考虑。本文提出了"逻辑单元层"的概念，用具有特定几何结构的逻辑单元层来统一处理多种类型的逻辑资源。针对相对位置约束在现代FPGA布局软件中的重要地位，我们提出了一种处理相对位置约束的方法。这些讨论均已经在面向Xilinx SpartanⅡ芯片布局的原型系统中得到了实现，初步证实了这些方法的可扩展性和实用性。
上传时间： 2013-06-21
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