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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FPGA作为新一代集成电路的出现，引起了数字电路设计的巨大变革。随着FPGA工艺的不断更新与改善，越来越多的用户与设计公司开始使用FPGA进行系统开发，因此，PFAG的市场需求也越来越高，从而使得FPGA的集成电路板的工艺发展也越来越先进，在如此良性循环下，不久的将来，FPGA可以主领集成电路设计领域。正是由于FPGA有着如此巨大的发展前景与市场吸引力，因此，本文采用FPGA作为电路设计的首选。 @@ 随着FPGA的开发技术日趋简单化、软件化，从面向硬件语言的VHDL、VerilogHDL设计语言，到现在面向对象的System Verilog、SystemC设计语言，硬件设计语言开始向高级语言发展。作为一个软件设计人员，会很容易接受面向对象的语言。现在软件的设计中，算法处理的瓶颈就是速度的问题，如果采用专用的硬件电路，可以解决这个问题，本文在第一章第二节详细介绍了软硬结合的开发优势。另外，在第一章中还介绍了知识产权核心（IP Core）的发展与前景，特别是IP Core中软核的设计与开发，许多FGPA的开发公司开始争夺软核的开发市场。 @@ 数字电路设计中最长遇到的就是通信的问题，而每一种通信方式都有自己的协议规范。在CPU的设计中，由于需要高速的处理速度，因此其内部都是用并行总线进行通信，但是由于集成电路资源的问题，不可能所有的外部设备都要用并行总线进行通信，因此其外部通信就需要进行串行传输。又因为需要连接的外部设备的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介绍了小型CPU中常用的三种通信协议，那就是SPI、I2C、UART。除了分别论述了各自的通信原理外，本文还特别介绍了一个小型CPU的内部构造，以及这三个通信协议在CPU中所处的位置。 @@ 在硬件的设计开发中，由于集成电路本身的特殊性，其开发流程也相对的复杂。本文由于篇幅的问题，只对总的开发流程作了简要的介绍，并且将其中最复杂但是又很重要的静态时序分析进行了详细的论述。在通信协议的开发中，需要注意接口的设计、时序的分析、验证环境的搭建等，因此，本文以SPI数据通信协议的设计作为一个开发范例，从协议功能的研究到最后的验证测试，将FPGA 的开发流程与关键技术等以实例的方式进行了详细的论述。在SPI通信协议的开发中，不仅对协议进行了详细的功能分析，而且对架构中的每个模块的设计都进行了详细的论述。@@关键词：FPGA；SPI；I2C；UART；静态时序分析；验证环境
上传时间： 2013-04-24
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移动无线信道特性对移动通信系统性能具有重要影响，移动信道建模和仿真对移动通信系统的研发具有重要意义。因此，对移动信道建模与仿真进行研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。 本文从无线电波的传播特点出发，分析了无线电波的传播模型和描述信道特性的主要参数，重点分析了移动小尺度衰落模型；结合无线电波传输环境的特点，研究了平坦衰落信道和频率选择性信道的特点，设计了基于FPGA的移动无线信道仿真器，同时给予了软硬件验证。 本文从衰落的数学模型角度研究了信道传输特性，以及各项参数对信道特性的影响。主要做了以下几个方面的工作： 1.简要介绍了无线电通信的发展史及信道建模与仿真的意义；论述了信道对无线信号主要的三类影响：自由空间的路径损失、阴影衰落、多径衰落；分析了无线通信传播环境，移动无线通信信道仿真的基本模型，同时介绍了用正弦波叠加法和成型滤波器法建立信道确定型仿真模型的具体实现方法。 2.对移动无线信道特性进行了Matlab仿真，对仿真结果进行了对比分析，对影响信道特性的主要参数设置进行了分析仿真。 3.设计了一种基于FPGA的移动无线信道仿真器，并对实现该仿真器的关键技术和实现方法进行了分析。该信道仿真器能够实时模拟窄带信号条件下无线信道的主要特点，如多径时延、多普勒频移、瑞利衰落等，其主要的技术指标达到了设计要求。该模拟器结构简单，参数可调，易于扩展，通用性强，可以部分或全部集成到处于研制阶段的接收机中，以便于性能测试，也可应用于教学实践。
上传时间： 2013-04-24
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本论文基于直接扩频通信的理论设计了一种全数字的中频接收机，使用Xilinx公司的FPGA芯片xc3s400作为接收机的主芯片，实现中频数字信号的下变频，基带解调，PN码的捕获及跟踪环路的设计并给出了它们的具体设计步骤及RTL级逻辑电路图。本文对于数字下变频器的设计、数字抑制载波恢复环的设计进行了详细的论述，还使用Matlab中的Simulink对本接收机系统所要使用的全数字Costas环进行了功能仿真并给出了仿真结果。 本文使用高速模数转换器AD9601对中频模拟信号进行采样，最后再用高速数模转换器AD9740还原出原始信息，并给出了它们与核心芯片xc3s400的接口设计方法及原理电路图。
上传时间： 2013-07-30
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随着人们对于高速无线数据业务的急切需求以及新的无线通信技术的发展，频谱资源匮乏问题日益严重。无线频谱的紧缺已经成为限制无线通信与服务应用持续发展的瓶颈。认知无线电技术(Cognitive Radio)改变了传统的固定频谱分配方式，它以频谱利用的高效性为目标，允许非授权用户择机利用授权用户的频谱空洞传输数据，以此来解决无线频谱资源短缺的问题。它是具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。本文的目标是在基于FPGA+DSP的系统硬件平台上，以软件编程的方式实现认知无线电数据传输的功能。 软件无线电是实现认知无线电的理想平台。本文首先阐述了软件无线电的基本工作原理及关键技术途径，对多速率信号处理中的内插和抽取、带通采样、数字下变频、滤波等技术进行了分析与探讨，为设计多速率调制解调系统提供了理论基础。然后针对软件无线电的要求给出了基于FPFA+DSP的系统设计硬件框图，并对其中的部分硬件(FPGA、AD9857、AD9235)做了简要的描述并给出其初始化过程。在理解基本概念和原理的基础上，详细论述了在系统硬件设计平台上实现的π/4-DQPSK、8PSK、16QAM调制解调技术。本文给出了调制解调系统实现方案中的各个功能模块(差分编、解码，加同步头、内插和成形滤波，下变频，系统同步等)具体的设计方案和通过硬件编程实现了板级的仿真和最后的硬件实现，并对其中得到的数据进行分析，进一步验证方案的可行性。最后介绍了通信板同频谱感知板协同工作原理，依据频谱感知板获取的各个信道状况自适应的选择π/4-DQPSK、8PSK、16QAM调制解调方式并在FPGA上实现了其中部分功能。
上传时间： 2013-05-30
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互感器是电力系统中电能计量和继电保护中的重要设备，其精度和可靠性与电力系统的安全性、可靠性和经济运行密切相关。随着电力工业的发展，传统的电磁式互感器已经暴露出一系列的缺陷，电子式互感器能很好的解决电磁式互感器的缺点，电子式互感器逐步替代电磁式互感器代表着电力工业的发展方向。目前，国产的互感器校验仪主要是电磁式互感器校验仪，电子式互感器校验仪依赖于进口。电子式互感器的发展，使得电子式互感器校验仪的研制势在必行。 本课题依据国际标准IEC60044-7、IEC60044-8和国内标准GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，设计了电子式互感器检验仪。该校验仪采用直接法对电子式互感器进行校验，即同时测试待校验电子式互感器和标准电磁式互感器二次侧的输出信号，比较两路信号的参数，根据比较结果完成电子式互感器的校验工作。论文首先介绍了电子式互感器结构及输出数字信号的特征，然后详细论述了电子式互感器校验仪的硬件及软件设计方法。硬件主要采用FPGA技术设计以太网控制器RTL8019的控制电路，以实现电子式互感器信号的远程接收，同时设计A/D芯片MAX125的控制电路，以实现标准电磁式互感器模拟输出的数字化。软件主要采用FPGA的SOPC技术，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成开发环境下，完成对硬件电路的底层控制，运用准同步算法和DFT算法开发应用程序实现对数字信号的处理。最终完成电子式互感器校验仪的设计。 最后进行了相关的实验，所研制的电子式互感器校验仪对0.5准确级的电子式电压互感器和0.5准确级电子式电流互感器分别进行了校验，对其额定负荷的20％、100％、120％点做为测量点进行测量。经过对实验数据的处理分析可知，校验仪对电子式互感器的校验精度满足0.5％的比差误差和20’的相位差。本课题的研究为电子式互感器校验仪的研制工作提供了理论和实践依据。
上传时间： 2013-04-24
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国家863项目“飞行控制计算机系统FC通信卡研制”的任务是研究设计符合CPCI总线标准的FC通信卡。本课题是这个项目的进一步引伸，用于设计SCI串行通信接口，以实现环上多计算机系统间的高速串行通信。 本文以此项目为背景，对基于FPGA的SCI串行通信接口进行研究与实现。论文先概述SCI协议，接着对SCI串行通信接口的两个模块：SCI节点模型模块和CPCI总线接口模块的功能和实现进行了详细的论述。 SCI节模型包含Aurora收发模块、中断进程、旁路FIFO、接受和发送存储器、地址解码、MUX。在SCI节点模型的实现上，利用FPGA内嵌的RocketIO高速串行收发器实现主机之间的高速串行通信，并利用Aurora IP核实现了Aurora链路层协议；设计一个同步FIFO实现旁路FIFO；利用FPGA上的块RAM实现发送和接收存储器；中断进程、地址解码和多路复合分别在控制逻辑中实现。 CPCI总线接口包括PCI核、PCI核的配置模块以及用户逻辑三个部分。本课题中，采用FPGA+PCI软核的方法来实现CPCI总线接口。PCI核作为PCI总线与用户逻辑之间的桥梁：PCI核的配置模块负责对PCI核进行配置，得到用户需要的PCI核；用户逻辑模块负责实现整个通信接口具体的内部逻辑功能；并引入中断机制来提高SCI通信接口与主机之间数据交换的速率。 设计选用硬件描述语言VerilogHDL和VHDL，在开发工具Xilinx ISE7.1中完成整个系统的设计、综合、布局布线，利用Modelsim进行功能及时序仿真，使用DriverWorks为SCI串行通信接口编写WinXP下的驱动程序，用VC++6.0编写相应的测试应用程序。最后，将FPGA设计下载到FC通信卡中运行，并利用ISE内嵌的ChipScope Pro虚拟逻辑分析仪对设计进行验证，运行结果正常。 文章最后分析传输性能上的原因，指出工作中的不足之处和需要进一步完善的地方。
上传时间： 2013-04-24
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本项目完成的是基于中国“数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制”国家标准的发射端系统FPGA设计与实现。在本设计中，系统采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA为基础构建的主硬件处理平台。对于发射端系统，数据处理部分的扰码器(随机化)、前向纠错编码(FEC)、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理(OFDM调制)、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器(SRRC)等各模块都是基于FPGA硬件设计实现的。其中关键技术：TDS-OFDM技术及其和绝对时间同步的复帧结构、信号帧的头和帧体保护技术、低密度校验纠错码(LDPC)等，体现了国标的自主创新特点，为数字电视领域首次采用。其硬件实现，亦尚未有具体产品参考。 本文首先介绍了当今国内外数字电视的发展现状，中国数字电视地面广播传输国家标准的颁布背景。并对国标系统技术原理框架，发端系统的整体结构以及FPGA设计的相关知识进行了简要介绍。在此基础上，第三章重点、详细地介绍了基于FPGA实现的发射端系统各主要功能模块的具体结构设计，论述了系统中各功能模块的FPGA设计和实现，包括设计方案、算法和结构的选取、FPGA实现、仿真分析等。第四章介绍了对整个系统的级连调试过程中，对系统结构进行的优化调整，并对级连后的整个系统的性能进行了仿真、分析和验证。作者在项目中完成的工作主要有： 1.阅读相关资料，了解并分析国标系统的技术结构和原理，分解其功能模块。 2.制定了基于国标的发端系统FPGA实现的框架及各模块的接口定义。 3.调整和改进了3780点IFFT OFDM调制模块及滚降滤波器模块的FPGA设计并验证。 4.完成了扰码器、前向纠错编码、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器等功能模块的FPGA设计和验证。 5.在系统级连调试中，利用各模块数据结构特点，优化系统模块结构。 6.完成了整个发射端系统FPGA部分的调试、分析和验证。
上传时间： 2013-04-24
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本文论述了嵌入式TCP/IP协议栈的实现，介绍了TCP/IP协议栈的原理，以及硬线实现TCP/IP协议栈的意义和应用。 第一章为绪论，介绍论文研究的目的、内容、意义和国内外研究发展的现状。 第二章介绍FPGA设计的流程和Verilog HDL设计语言。着重介绍了FPGA的代码输入、编译、综合、仿真和下载等等步骤，并且介绍了FPGA设计中使用到的EDA软件。介绍了Verilog HDL语言的起源，以及Verilog HDL语言的优缺点，并与VHDL语言进行了简单的比较。 第三章介绍嵌入式系统要实现的经过剪裁的TCP/IP协议栈的内容。着重介绍了要实现的TCP/IP协议栈的子协议，包括TCP协议、UDP协议、IP协议、ARP协议、ICMP协议。在介绍这些协议的时候，介绍了这些协议的工作原理，以及这些协议要用到的报文的格式。 第四章介绍实现剪裁的TCP/IP协议栈的实现，具体介绍的经过剪裁的TCP/IP各个模块的设计工作。这个部分着重介绍各个模块的设计方法，实现各个模块的过程。在设计完这些模块后，对这些模块的仿真进行了仿真。 第五章是全文的总结，概括了作者在这次毕业设计中的主要工作和课题的意义，同时指出了进一步工作的方向和需要解决的问题。
上传时间： 2013-07-04
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当前，片上系统(SOC)已成为系统实现的主流技术。流片风险与费用增加、上市时间压力加大、产品功能愈加复杂等因素使得SOC产业逐渐划分为IP提供者、SOC设计服务者和芯片集成者三个层次。SOC设计已走向基于IP集成的平台设计阶段，经过严格验证质量可靠的IP核成为SOC产业中的重要一环。 GPIB控制器芯片是组建自动测试系统的核心，在测试领域应用广泛。本人通过查阅大量的技术资料，分析了集成电路在国内外发展的最新动态，提出了基于FPGA的自主知识产权的GPIB控制器IP核的设计和实现。 本文首先讨论了基于FPGA的GPIB控制器的背景意义，接着对FPGA开发所具备的基本知识作了简要介绍。文中对GPIB总线进行了简单的描述，根据芯片设计的主要思想，重点在于论述怎样用FPGA来实现IEEE-488.2协议，并详细阐述了GPIB控制器的十种接口功能及其状态机的IP核实现。同时，对数据通路也进行了较为细致的说明。在设计的时候采用基于模块化设计思想，用VerilogHDL语言完成各模块功能描述，通过Synplifv软件的综合，用Modelsim对设计进行了前、后仿真。最后利用生成的模块符号采取类似画电路图的方法完成整个系统芯片的lP软核设计，并用EDA工具下载到了FPGA上。 为了更好地验证设计思想，借助EDA工具对GPIB控制器的工作状态进行了软件仿真，给出仿真结果，仿真波形验证了GPIB控制器的工作符合预想。最后，本文对基于FPGA的GPIB控制器的IP核设计过程进行了总结，展望了当前GPIB控制器设计的发展趋势，指出了开展进一步研究需要做的工作。
上传时间： 2013-06-12
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