矩阵运算是描述许多工程问题中不可缺少的数学关系，矩阵运算具有执行效率好、速度快、集成度高等优点，并且随着动态可配置技术的发展，灵活性也有了很大的提高。因此，寻找矩阵运算的高速实现方法是具有很大的现实意义，能够为高速运算应用提供技术支持。 为了提高研究成果的实用性与商用性，本文主要针对某种体积小、运算速度和性能要求很高的特殊场合设计并实现基于FPGA的矩阵运算功能。通过系统地研究FPGA功能结构、设计原理、DSP接口、IEEE-754标准，深入学习浮点数及矩阵的基础运算以及硬件编程语言等内容，根据矩阵运算的特点和原理，讨论了硬件设计方面重点对具体核心器件结构、特点以及有关FPGA的设计流程和控制器Verilog HDL硬件编程语言代码方面内容，确定了基于FPGA浮点运算及矩阵运算单元的Verilog HDL设计方法，在Quartus II平台上对其仿真、记录运算结果，并对采集到的数据结果进行了深入分析与总结。 本设计通过几种矩阵算法利用FPGA和MATLAB分别进行了实现测试，验证了设计结果的正确性，证明了本设计中矩阵运算速率的实用性与高效性，提高了系统资源利用率和系统可靠性，为今后在工程、军事、通讯等生产生活各个领域应用打下良好基础。
上传时间： 2013-07-07
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互联网、移动通信、星基导航是21世纪信息社会的三大支柱产业，而GPS系统的技术水平和发展历程代表着全世界卫星导航系统的发展状况。目前，我国已经成为GPS的使用大国，卫星导航产业链也已基本形成。然而，我们对GPS核心技术(即如何捕获卫星信号并保持对信号的跟踪)的研究还不够深入，我国GPS产品的核心部分多数还是靠进口。因此，对GPS核心技术的研究是非常紧迫的。 本文首先介绍了GPS的定位原理，之后阐述了GPS接收机的基本原理一直接扩频通信和GPS信号的结构与特性。从这些方面出发研究接收机基带处理器的捕获与跟踪设计方案。 设计过程中，先详细分析了滑动相关的捕获算法和基于FFT的快速捕获算法，并利用matlab进行了验证。由于前者灵活性好且可捕获到高精度的码相位和载波频率，适合于本文的硬件接收机，所以本文确定了滑动相关的捕获方案。 接着分析了跟踪环路的特点，跟踪模块采用码跟踪环和载波跟踪环耦合的方法实现。由于GPS系统通常工作在非常低的信噪比环境中，而非相干环在低信噪比下环路跟踪性能较好，所以码跟踪环采用非相干(DDLL)环实现。这种跟踪环路采用的鉴相器是能量鉴相器，对数据的调制和载波相位都不敏感，鉴相器不会产生不确定量。由于输入信号存在180°相位翻转，而COSTAS锁相环允许数据调制，对I支路和Q支路信号的180°相位翻转不敏感，所以载波跟踪环采用COSTAS锁相环实现。上述算法在matlab环境下得到了验证。 基带处理器电路的主要模块在Quartus II8.0开发平台上利用VHDL硬件描述语言实现。然后利用EDA仿真工具ModelSim-Altera6.1g进行了逻辑仿真。本设计满足系统功能和性能的要求，可以直接用于实时GPS接收机系统的设计中，为自主设计GPS接收机奠定了基础。 最后，由于在弱电磁环境下，捕获失锁后32PPS信号会丢失。所以设计了一个能授时和守时的算法去得到与GPS时同步的精确授时秒信号。并且实现了这个算法。
上传时间： 2013-04-24
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扩频通信系统与常规的通信系统相比，具有很强的抗窄带干扰，抗多径干扰，抗人为干扰的能力，并具有信息隐蔽、多址保密通信等优点，在近年来得到了迅速的发展。论文针对直扩通信系统中伪码和载波同步问题而展开，研究了直扩系统的结构、性能及完成了相关参数的计算，改进了包络算法，设计了解扩和解调器，最后用ISE9.1实现了解扩和解调器的仿真波形，验证了设计的正确性。 论文研究了扩频通信系统的特点、国内外发展现状及理论基础，完成了DS-QPSK接收机的解扩器和解调器的设计与实现。解扩器主要围绕着伪码的捕获与跟踪这一核心，分析了解扩器的结构、性能及其完成了相关参数的计算，完成了数字下变频器、伪码发生电路、伪码相关积分提取电路、多通道快码捕获电路、伪码跟踪鉴相电路、伪码时钟调整电路的设计，并在ISE9.1编程综合得到仿真结果，验证了设计的正确性。由于相关积分包络算法是整个系统的基础和核心，为了减少时延和系统所占硬件资源，改进了包络算法并得到了仿真验证。结果表明，它不但减少了硬件资源的占用、缩短了延时，而且对整个系统的优化起着决定性的作用。论文给出了伪码同步的仿真结果及资源占用情况，有力地说明了解扩器占用资源少、时延短等特点。 解调器研究了频偏及载波相位误差对信号的影响及同步方案，完成了数控振荡器、反正切鉴频器、环路滤波器的设计并得到了相关的仿真波形，实现了载波的跟踪，给出了仿真结果及资源占用情况，对系统实现过程中的一些经验进行了总结。最后是对论文工作的一些总结和对今后工作的展望。
上传时间： 2013-06-13
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PID算法自从问世以来，一直受到广泛的关注。随着现代控制理论及智能控制技术的发展，PID算法也得到了长足的发展。结合传统的PID控制算法，针对特定的控制领域，出现了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基础上渐渐形成并凸显其控制特色。 同时随着微电子技术的发展，现场可编程逻辑器件FPGA的发展及其EDA技术的日渐成熟，为集成控制芯片开拓了广阔的发展空间。FPGA的发展为基于硬件的算法模块的实现提供了可能性，同时节省了外围的电路，使算法模块的集成度大大提高。 本文针对当前国内外在算法研究方面的热点问题，对模糊PID算法进行了深入的分析和研究。通过对汽轮机调节系统的结构分析，对其进行了数学建模。采用某汽轮机的实际设计运行参数，利用Matlab仿真软件，对该汽轮机的数学模型进行了甩负荷动态特性仿真。仿真结果表明，模糊PID可以更好地解决汽轮发电机组在甩负荷过程中由于机组转子飞升量太大而导致危急保安装置动作，使得汽轮发电机组意外停机的问题，能够保证汽轮发电机组在意外甩负荷时机组正常的机械运转。根据模糊控制理论的特点及EDA技术和FPGA可编程逻辑器件的发展现状，提出了在FPGA上实现模糊PID算法的具体实现方案。在综合分析算法特性的基础上，选择Altera公司生产的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作为目标芯片，利用分层模块化设计思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ开发环境中，利用原理图设计输入和VHDL设计输入相结合的方式实现了模糊PID控制算法，同时分别对实现的各个功能模块和整个算法模块进行了功能时序仿真。根据仿真结果分析，该设计实现了的模糊PID控制功能。 该控制算法模块的FPGA实现很好的避免了因CPU或者其它问题导致算法程序跑飞、程序死循环、复位不可靠等问题，提高了控制的可靠性。同时加强了模块的通用性，减少了系统硬件开发周期，节省了外围设备的电路，降低了设计开发成本。
上传时间： 2013-07-21
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随着航天技术的发展，载人飞船、空间站等复杂航天器对空-地或空-空之间数据传输速率的要求越来越高。在此情况下，为了提高空间通信中数据传输的可靠性，保证接收端分路系统能和发送端一致，必须要经过帧同步。对卫星基带信号处理来说，帧同步是处理的第一步也是关键的一步。只有正确帧同步才能获取正确的帧数据进行数据处理。因此，帧同步的效率，将直接影响到整个卫星基带信号处理的结果。 @@ 本设计在研究CCSDS标准及帧同步算法的基础上，利用硬件描述语言及ISE9．2i开发平台在基于FPGA的硬件平台上设计并实现了单路数据输入及两路合路数据输入的帧同步算法，并解决了其中可能存在的帧滑动及模糊度问题。在此基础之上，针对两路合路输入时可能存在的两路输入不同步或帧滑动在两路中分布不均匀问题，设计实现了两路并行帧同步算法，并利用ModelSim SE 6．1f工具对上述算法进行了前仿真和后仿真，仿真结果表明上述算法符合设计要求。 @@ 本论文首先介绍了课题研究的背景及国内外研究现状，其次介绍了与本课题相关的基础理论及系统的软硬件结构。然后对单路数据输入帧同步、两路数据合路输入帧同步和两路并行帧同步算法的具体设计及实现过程进行了详细说明，并给出了后仿真结果及结果分析。最后，对论文工作进行了总结和展望，分析了其中存在的问题及需要改进的地方。 @@关键词 FPGA；CCSDS；帧同步：模糊度；帧滑动
上传时间： 2013-06-11
上传用户：liglechongchong
调整视频图像的分辨率需要视频缩放技术。如果图像缩放技术的处理速度达到实时性要求就可以应用于视频缩放。 传统图像缩放技术利用插值核函数对已有像素点进行插值重建还原图像。本文介绍了图像插值的理论基础一采样定理，并对理想重建函数Sinc函数进行了讨论。本文介绍了常用的线性图像插值技术及像素填充、自适应插值和小波域图像缩放等技术。然后，本文讨论了分级线性插值算法的思想，设计并实现了FPGA上的分级双三次算法。最后本文对各种算法的缩放效果进行了分析和讨论。 本文在分析现有视频缩放算法基础之上，提出了分级线性插值算法，并应用在简化线性插值算法中。分级线性插值算法以牺牲一定的计算精度为代价，用查找表代替乘法计算，降低了算法复杂度。本文设计并实现了分级双三次插值算法，详细说明了板上系统的模块结构。最后本文将分级线性插值算法与原线性插值算法效果图进行比较，比较结果显示分级插值算法与原算法误差较小，在放大比例较小时可以取代原算法。结果证明分级双三次线性插值算法的FPGA实现能够满足额定帧频，可以进行实时视频缩放。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：亚亚娟娟123
现代数字信号处理对实时性提出了很高的要求，当最快的数字信号处理器(DSP)仍无法达到速度要求时，唯一的选择是增加处理器的数目，或采用客户定制的门阵列产品。随着可编程逻辑器件技术的发展，具有强大并行处理能力的现场可编程门阵列(FPGA)在成本、性能、体积等方面都显示出了优势。本文以此为背景，研究了基于FPGA的快速傅立叶变换、数字滤波、相关运算等数字信号处理算法的高效实现。 首先，针对图像声纳实时性的要求和FPGA片内资源的限制，设计了级联和并行递归两种结构的FFT处理器。文中详细讨论了利用流水线技术和并行处理技术提高FFT处理器运算速度的方法，并针对蝶形运算的特点提出了一些优化和改进措施。 其次，分析了具有相同结构的数字滤波和相关运算的特点，采用了有乘法器和无乘法器两种结构实现乘累加(MAC)运算。无乘法器结构采用分布式算法(DA)，将乘法运算转化为FPGA易于实现的查表和移位累加操作，显著提高了运算效率。此外，还对相关运算的时域多MAC方法及频域FFT方法进行了研究。 最后，完成了图像声纳预处理模块。在一片EP2S60上实现了对160路信号的接收、滤波、正交变换以及发送等处理。实验表明，本论文所有算法均达到了设计要求。
上传时间： 2013-06-09
上传用户：zgu489
人脸自动识别技术是模式识别、图像处理等学科的一个最热门研究课题之一。随着社会的发展,各方面对快速有效的自动身份验证的要求日益迫切，而人脸识别技术作为各种生物识别技术中最重要的方法之一，已经越来越多的受到重视。对于具有实时，快捷，低误识率的高性能算法以及对算法硬件加速的研究也逐渐展开。 本文详细分析了智能人脸识别算法原理，发展概况和前景，包括人脸检测算法，人眼定位算法，预处理算法，PCA和ICA 算法，详细分析了项目情况，系统划分，软硬件平台的资源和使用。并在ISE软件平台上，用硬件描述语言(verilog HDL)对算法部分严格按照FPGA代码风格进行了RTL 硬件建模，并对C++算法进行了优化处理，通过仿真与软件算法结果进行比对，评估误差，最后在VirtexII Pro FPGA 上进行了综合实现。 主要研究内容如下： 首先，对硬件平台xilinx的VirtexII Pro FPGA 上的系统资源进行了描述和研究，对存储器sdram,RS-232 串口，JTAG 进行了研究和调试，对Coreconnect的OPB总线仲裁机理进行了两种算法的比较，RTL 设计，仿真和综合。利用ISE和VC++软件平台，对verilog和C++算法进行同步比较测试，使每步算法对应正确的结果。对软硬件平台的合理使用使得在项目中能尽可能多的充分利用硬件资源，制板时正确选型，以及加快设计和调试进度。其次，对人脸识别算法流程中的人脸检测，人眼定位，预处理，识别算法分别进行了比较研究，选取其中各自性能最好的一种算法对其原理进行了分析讨论。人脸检测采用adaboost 算法，因其速度和精度的综合性能表现优异。人眼定位采用小块合并算法，因为它具有快速，准确，弱时实的特点。预处理算法采用直方图均衡加平滑的算法，简单，高效。 识别算法采用PCA 加ICA 算法，它能最大的弱化姿态和光照对人脸识别的影响。 最后，使用Verilog HDL 硬件描述语言进行算法的RTL 建模，在C++算法的基础上，保证原来效果的前提下，根据FPGA 硬件特点对算法进行了优化。视频输入输出是人脸识别的前提，它提供FPGA 上算法需要处理的数据，预处理算法在C++算法的基础上进行了优化，最大的减少了运算量，提高了运算速度，16 位计算器模块使得在算法实现时可以根据系统要求，在FPGA的ip 核和自己设计的模块之间选择性能更好的一个来调用，FIFO的设计提供同步和异步时钟域的数据缓存。设计在ISE和VC++软件平台同时进行，随时对verilog和C++数据进行监测和比对。全部设计模块通过仿真，达到预定的性能要求，并在FPGA 上综合实现。
上传时间： 2013-07-13
上传用户：李梦晗
现代通信朝着全网IP化的进程逐步发展，越来越多的通信需要IP路由查找；同时光纤技术的发展，使得比特速率达到了20Gbps，路由技术成了整个通信系统的瓶颈，迫切需要一种具有高查找性能，低成本的路由算法，能够适应大规模应用。 本文研究了一种高性能、低成本的路由算法。在四分支并行路由查找算法的基础上，实现了双分支并行，每个分支流水查找的16-8-8路由算法。该算法由三级表构成，长度小于16的前缀通过扩展成为长度16的前缀存储在第一级表中；长度小于24位的前缀通过扩展成为长度24的前缀存储在前两级表中；长度大于24的前缀则通过专门的存储空间进行存储。将IP路由的二维查找转化为一维精确查找，每次查找最多访问存储器3次，就可以查得下一跳的路由信息。使用Verilog语言实现了本文提出的算法，并对算法进行了功能仿真。为了实现低成本，该算法采用了FPGA和SSRAM的硬件结构实现。 功能仿真表明本文设计的算法查找速度能适应20Gbps的接口转发速率。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：金宜
Scaler是平板显示器件(FPD，Flat Panel Display)中的重要组成部分，它将输入源图像信号转换成与显示屏固定分辨率一致的信号，并控制其显示在显示屏上。本文在研究图像缩放算法和scaler在FPD中工作过程的基础上，采用自上而下(Top-down)的设计方法，给出了scaler的设计及FPGA验证。该scaler支持不同分辨率图像的缩放，且缩放模式可调，也可以以IP core的形式应用于相关图像处理芯片中。 图像缩放内核是scaler的核心部分，它是scaler中的主要运算单元，完成图像缩放的基本功能，它所采用的核心算法以及所使用的结构设计决定着缩放性能的优劣，也是控制芯片成本的关键。因此，本文从缩放内核的结构入手，对scaler的总体结构进行了设计；通过对图像缩放中常用算法的深入研究提出了一种新的优化算法——矩形窗缩放算法，并对其计算进行分析和简化，降低了计算的复杂度。FPGA设计中，采用列缩放与行缩放分开处理的结构，使用双口RAM作为两次缩放间的数据缓冲区。使用这种结构的优势在于：行列缩放可以同时进行，数据处理的可靠性高、速度快：内核结构简单明了,数据缓冲区大小合适，便于设计。此外，本文还介绍了其他辅助模块的设计，包括DVI接口信号处理模块、缩放参数计算与控制模块以及输出信号检测与时序滤波模块。 本设计使用Verilog HDL对各模块进行了RTL级描述，并使用Quartus II7.2进行了逻辑仿真，最后使用Altera公司的FPGA芯片来进行验证。通过逻辑验证和系统仿真，证明该scaler的设计达到了预期的目标。对于不同分辨率的图像，均可以在显示屏上得到稳定的显示。
上传时间： 2013-05-30
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