在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系统)系统中，雷达信号的处理器的能力己成为制约雷达目标录取、跟踪处理能力和可靠性以及整个VTS系统工作的主要因素。随着区域性VTS的建立，要求将雷达信号以最高的质量和最低的代价远距离传输，而达到这一要求的关键技术环节一雷达信息的压缩处理也将受到雷达信号预处理系统的影响。 因此，研究更有效的VTS雷达信号预处理系统是一项很有价值和实际意义的工作。本文是在前人研究成果的基础上，面向实际应用的需求，主要研究VTS雷达信号预处理算法的设计方法和实现手段，设计完成了一个数字化的雷达原始信号实时采集与处理系统。 本设计主要包括雷达信号的采集、杂波抑制处理以及与DSP芯片的信号传输。在硬件结构上，本设计采用FPGA完成信号的采集、CFAR处理和雷达信号检测器的设计，将大量的以前需要由DSP芯片来完成的算法移植到FPGA中实现，大大减轻了DSP芯片的工作压力，也减小了系统的体积。 在算法研究中，设计中重点讨论了杂波的抑制方法和目标的检测方法。本文在研究了大量现有的雷达信号杂波抑制及信号检测的算法的基础上，比较了各种算法的优劣，最终选择了一种适合本次设计要求的CFAR算法和双极点滤波雷达信号检测器在FPGA中实现。 论文中对设计中所采用的方法给出了理论分析、试验仿真结果和试验实际调试结果。通过本文所述的设计和实验，本文设计的雷达信号预处理系统对雷达视频信号的采集与传输都有很好的效果，所选用的杂波处理算法对雷达杂波、雨雪杂波和陆地回波都具有较好的抑制作用，能有效地处理雷达杂波中的尖峰成分，使信噪比得到较大改善。
上传时间： 2013-04-24
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本文主要研究了数字声音广播系统(DAB)内交织器与解交织器的算法及硬件实现方法。时间交织器与解交织器的硬件实现可以有几种实现方案，本文对其性能进行了分析比较，选择了一种工程中实用的设计方案进行设计，并将设计结果以FPGA设计验证。时间解交织器的交织速度、电路面积、占用内存、是设计中主要因素，文中采用了单口SRAM实现，减少了对存储器的使用，利用lC设计的优化设计方法来改善电路的面积。硬件实现是采用工业EDA标准Top-to-Down设计思想来设计时间解交织，使用verilogHDL硬件描述语言来描述解交织器，用Cadence Nc-verilog进行仿真，Debussy进行debug，在Altera公司的FPGA开发板上进行测试，然后用ASIC实现。测试结果证明：时间解交织器的输出正确，实现速度较快，占用面积较小。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着多媒体技术的迅猛发展，电子、计算机、通讯和娱乐之间的相互融合、渗透越来越多，而数字音频技术则是应用最为广泛的技术之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)编解码算法作为数字音频的解决方案，在便携式多媒体产品中得到了广泛流行。 在已有的便携式MP3系统实现方案中，低速处理器与专用硬件结合的SOC设计方案结合了硬件实现方式和软件实现方式的优点，具有成本低、升级容易、功能丰富等特点。IMDCT(反向改进离散余弦变换)是编解码算法中一个运算量大调用频率高的运算步骤，因此适于硬件实现，以降低处理器的开销和功耗，来提高整个系统的性能。 本文首先阐述了MP3音频编解码标准和流程，以及IMDCT常用的各种实现算法。在此基础上选择了适于硬件实现的递归循环实现方法，并在已有算法的基础上进行了改进，减小了所需硬件资源需求并保持了运算速度。接着提出了模块总体设计方案，结合算法进行了实现结构的优化，并在EDA环境下具体实现，用硬件描述语言设计、综合、仿真，且下载到Xilinx公司的VirtexⅡ系列xc2v1000FPGA器件中，在减小硬件资源的同时快速地实现了IMDCT，经验证功能正确。
上传时间： 2013-06-11
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遗传算法是基于自然选择的一种鲁棒性很强的解决问题方法。遗传算法已经成功地应用于许多难优化问题，现已成为寻求满意解的最佳工具之一。然而，较慢的运行速度也制约了其在一些实时性要求较高场合的应用。利用硬件实现遗传算法能够充分发挥硬件的并行性和流水线的特点，从而在很大程度上提高算法的运行速度。 本文对遗传算法进行了理论介绍和分析，结合硬件自身的特点，选用了适合硬件化的遗传算子，设计了标准遗传算法硬件框架；为了进一步利用硬件自身的并行特性，同时提高算法的综合性能，本文还对现有的一些遗传算法的并行模型进行了研究，讨论了其各自的优缺点及研究现状，并在此基础上提出一种适合硬件实现的粗粒度并行遗传算法。 我们构建的基于FPGA构架的标准遗传算法硬件框架，包括初始化群体、适应度计算、选择、交叉、变异、群体存储和控制等功能模块。文中详细分析了各模块的功能和端口连接，并利用硬件描述语言编写源代码实现各模块功能。经过功能仿真、综合、布局布线、时序仿真和下载等一系列步骤，实现在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它尝试解决一些函数的优化问题，给出了实验结果。这些硬件模块可以被进一步综合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者调用。 最后，本文对硬件遗传算法及其在函数优化中的一些尚待解决的问题进行了讨论，并对本课题未来的研究进行了展望。
上传时间： 2013-07-22
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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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纹理映射在计算机图形计算中属于光栅化阶段，处理的是像素，主要的特点是数据的吞吐量大，对实时系统来说转换的速度是一个关键的因素，人们寻求各种加速算法来提高运算速度。传统的方法是用更快的处理器，并行算法或专用硬件。随着数字技术的发展，尤其是可编程逻辑门阵列(FPGAs)的发展，提供了一种新的加速方法。FPGAs在密度和性能上都有突破性的发展，当前的FPGA芯片已经能够运算各种图形算法，而在速度上与专用的图形卡硬件相同。因此，FPGA芯片非常适合这项工作。 本文主要工作包括以下几个方面： 1、本文提出了一种MIPmapping纹理映射优化方法，改进了MIPmapping映射细化层次算法及纹理图像的存储方式，减少纹理寻址的计算量，提高纹理存储的相关性。详细内容请阅读第三章。 2、提出了一种MIPmapping纹理映射优化方法的硬件实现方案，该方案针对移动设备对功耗和面积的要求，以及分辨率不高的特点，在参数空间到纹理地址的计算中用定点数来实现。详细内容请阅读第四章。 3、实现了纹理映射流水线单元纹理地址产生电路，及纹理滤波电路的FPGA设计，并给出设计的综合和仿真结果。详细内容请阅读第五章4、实现了符合IEEE 754单精度标准的乘法、乘累加及除法运算器电路。乘法器采用改进型Booth编码电路以减少部分积数量，用Wallace对部分积进行压缩；乘累加器采用multiply-add fused算法，对关键路径进行了优化；除法器为基于改进型泰勒级数展开的查找表结构实现，查找表尺寸只有208字节，电路为固定时延，在电路尺寸、延时及复杂度方面进行了较好的平衡。
上传时间： 2013-04-24
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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
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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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论文研究了基于Bayer格式的CCD原始图像的颜色插值算法，并将设计的改进算法应用到以FPGA为核心的图像采集前端。出于对成本和体积的考虑，一般的数字图像采集系统采用单片CCD或CMOS图像传感器，然后在感光表面覆盖一层颜色滤波阵列(CFA)，经过CFA后每个像素点只能获得物理三基色(红、绿、蓝)其中一种分量，形成马赛克图像。为了获得全彩色图像，就要利用周围像素点的值近似地计算出被滤掉的颜色分量，称这个过程为颜色插值。由于当前对图像采集系统的实时性要求越来越高，业内已经开始广泛采用FPGA来进行图像处理，充分发挥硬件并行运算的速度优势，以求在处理速度和成像质量两方面均达到满意的效果。。主要的工作内容如下: 本文首先介绍了彩色滤波阵列、图像色彩恢复和插值算法的概念，然后分析和研究了当下常用的颜色插值算法，如双线性插值算法、加权系数法等等，指出了各个算法的特点和不足；接下来针对硬件系统并行运算的特性和实时性处理的要求，结合其中两种算法的思路设计了适用于硬件的改进算法，该算法主要引入了方向标志位的概念以及平滑的边界仲裁法则来检测边界，借鉴利用梯度的三角函数关系来判断边界方向，通过简化且适用于硬件的方法计算加权系数，从而选择合适的方向进行插值。 在介绍了FPGA用于图像处理的优势后，针对FPGA的特点采用模块化结构设计，详细阐述了本文算法的软件实现过程及所使用到的关键技术；文章设计了一个以FPGA为核心的前端图像采集平台，并将改进插值算法应用到整个系统当中。详细分析了采集前端的硬件需求，讨论了核心芯片的选型和硬件平台设计中的注意事项，完成了印制电路板的制作。 文章通过MATLAB仿真得到了量化的性能评估数据，并选取几种算法在硬件平台上运行，得到了实验图片。最后结合图片的视觉效果和仿真数据对几种不同算法的效果进行了评估和比较，证明改进的算法对图像质量有所增强，取得了良好的效果。
上传时间： 2013-06-11
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