随着图像处理技术的不断发展，图像处理技术在国民经济和社会生活的各个方面都得到了广泛的运用。与此同时，人们对图像处理的要求也越来越高。传统的数字图像处理器件主要有专用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit）和数字信号处理器（Digital Signal Process）。进入20世纪以来，伴随着半导体技术的发展，现场可编程门阵列FPGA以其应用灵活、集成度高、功能强大、设计周期短、开发成本低的特点，越来越多地被应用在图像处理领域。大量实践证明，FPGA的并行处理能力与流水线作业能显著地提高图像处理的速度，因此基于FPGA的图像处理系统有着广阔的发展前景。 本文研究的是一个在嵌入式视频监控系统下的图像预处理子系统。首先实现了一个通用可重复配置的图像处理算法研究硬件平台，完成图像的采集、接收、处理、存储、输出等功能。由于FPGA本身具有完全的可重复配置性，所以该架构的硬件平台可以很方便的升级和重复配置。其次在该平台上，本文使用Verilog HDL硬件语言在FPGA芯片上实现了多种图像预处理算法。在实现过程中，为了充分发挥FPGA在并行处理方面的强大功能，本文对算法做了一定的改进，使其尽量能使用并行处理的方式来完成。实验结果表明，本图像预处理系统能在毫秒级高速地完成多种图像算法，完全能够满足视频监控系统50帧/秒的输出要求。 最后根据视频监控系统在实际运用中出现的噪声类型多样化的情况，我们设计了一种基于反馈理论的图像处理效果控制模块。该模块能通过对处理后图像峰值信噪比（PSNR）的分析，控制FPGA对下一幅图像的噪声采用更有针对性的图像处理方法。
上传时间： 2013-05-19
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随着科学技术的快速发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统的速度、精度、易操作性以及实时性的要求也在不断地提高。通用串行总线USB作为一种新型的微机总线接口规范，以其使用方便、易于扩展、速度快等优点而被广泛地应用于数据采集系统中。现场可编程门阵列最大的特点是结构灵活，开发周期较短，适合于实时信号处理，已被广泛应用于通信、数据采集、图像处理等诸多领域。 @@ 本文充分利用USB和FPGA的上述优点，设计了一种基于USB2.0技术和FPGA技术相结合的高速数据采集系统。 @@ 首先，对数据采集基本理论及系统相关技术进行了简单地介绍。 @@ 其次，对以ADC转换器(TLC5510)、FPGA芯片(EP1C6Q240C8)为控制器和USB接口芯片(CY7C68013A-56，简称FX2)为主的数据采集系统进行了硬件设计和分析，并在此设计的基础上给出相应的原理图、PCB。硬件设计主要包括FPGA与ADC和FX2之间的接口电路设计以及硬件逻辑设计。 @@ 再次，根据系统需求，对系统软件部分进行了设计，分三部分：一是为满足FX2在USB上的最大传输速率而编写的固件程序；二是在PC机中的WindowsXP系统下利用GPD编写USB设备驱动程序；三是充分了解FX2的主要功能特点，并编写出应用程序。 @@ 最后，对系统的软硬件进行了调试，给出了调试结果和分析，对出现的问题给出了解决方案。结果表明，系统符合设计要求。 @@关键词：USB2.0；FPGA；SOPC；数据采集；固件；
上传时间： 2013-06-21
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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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随着计算机及其外围设备的发展，传统的并行接口和串行接口在灵活性和接口扩展等方面存在的缺陷愈来愈不可回避，并逐渐成为计算机通信的瓶颈。在这种情况下，通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)诞生了。USB由于具有传输速率高、价格便宜、使用方便、灵活性高、支持热插拔、接口标准化和易于扩展等优点，目前已经成为计算机外设接口的主流技术，在计算机外围设备和消费类电子领域正获得越来越多的应用。 @@ 本文基于USB2．0协议规范，设计了一款支持高速和全速传输的USB2．0设备控制器IP核。文中着重介绍了这款设备控制器IP核的设计和FPGA验证工作，详细研究并分析了USB2．0规范，根据规范提出了一种USB2．0设备控制器整体构架方案，描述了各个功能子模块硬件电路的功能及实现。从可重用的角度出发，对设备控制器模块进行优化设计，增加多个灵活的配置选项，根据不同的应用对硬件进行配置，使其在满足要求的情况下去除冗余电路，以减少占用面积和功耗，从而使其灵活地应用于各种USB系统。本文还研究了IP核的验证方法，并对所设计的USB2．0设备控制器建立了功能完备的ModelSim仿真验证环境，搭建了FPGA硬件验证平台，设计了具有AHB接口的设备控制器和带有8051的设备控制器，并分别在FPGA平台上进行了功能验证。 @@ 本文所设计的USB2．0设备控制器IP核可配置性高，使用者可以自由配置所需端点的个数以及每个端点类型等，可以集成于多种USB系统中，适于各类USB设备的开发。本课题所取得的成果为USB2．0设备类的研究和开发积累了经验，并为后来实验室某项目测试芯片的USB数据采集提供了参考方案，也为未来USB3．0接口IP核的开发和应用奠定了基础。 @@关键词USB2．0控制器；IP核；FPGA；验证
上传时间： 2013-06-30
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卷积码是广泛应用于卫星通信、无线通信等多种通信系统的信道编码方式。Viterbi算法是卷积码的最大似然译码算法，该算法译码性能好、速度快，并且硬件实现结构比较简单，是最佳的卷积码译码算法。随着可编程逻辑技术的不断发展，使用FPGA实现Viterbi译码器的设计方法逐渐成为主流。不同通信系统所选用的卷积码不同，因此设计可重配置的Viterbi译码器，使其能够满足多种通信系统的应用需求，具有很重要的现实意义。 本文设计了基于FPGA的高速Viterbi译码器。在对Viterbi译码算法深入研究的基础上，重点研究了Viterbi译码器核心组成模块的电路实现算法。本设计中分支度量计算模块采用只计算可能的分支度量值的方法，节省了资源；加比选模块使用全并行结构保证处理速度；幸存路径管理模块使用3指针偶算法的流水线结构，大大提高了译码速度。在Xilinx ISE8.2i环境下，用VHDL硬件描述语言编写程序，实现(2，1，7)卷积码的Viterbi译码器。在(2，1，7)卷积码译码器基础上，扩展了Viterbi译码器的通用性，使其能够对不同的卷积码译码。译码器根据不同的工作模式，可以对(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四种广泛运用的卷积码译码，并且可以修改译码深度等改变译码器性能的参数。 本文用Simulink搭建编译码系统的通信链路，生成测试Viterbi译码器所需的软判决输入。使用ModelSim SE6.0对各种模式的译码器进行全面仿真验证，Xilinx ISE8.2i时序分析报告表明译码器布局布线后最高译码速度可达200MHz。在FPGA和DSP组成的硬件平台上进一步测试译码器，译码器运行稳定可靠。最后，使用Simulink产生的数据对本文设计的Viterbi译码器的译码性能进行了分析，仿真结果表明，在同等条件下，本文设计的Viterbi译码器与Simulink中的Viterbi译码器模块的译码性能相当。
上传时间： 2013-06-23
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在现代电子系统中，数字化已经成为发展的必然趋势，接收机数字化是电子系统数字化中的一项重要内容，对数字化接收机的研究具有重要的意义。随着数字化理论和微电子技术的迅速发展，高速的中频数字化接收机的实现已经成为可能。本文研究了一种基于FPGA的软件无线电数字接收平台的设计，并着重研究了其中数字中频处理单元的设计和实现。FPGA器件具有设计灵活、开发周期短和开发成本低等优点，所以广泛应用于各种通信系统中。相比于传统的DSP串行结构，FPGA能够进行流水线性设计，对数据进行并行处理，所以FPGA在进行数据量大，要求实时处理的系统设计时有很大的优势。 本文首先首先分析了软件无线电当前的发展趋势及技术现状，针对存在的处理速度跟不上的DSP瓶颈问题，提出了中频软件无线电的FPGA实现方案。本文以FPGA实现为重点，在深入分析软件无线电相关理论的基础上，着重研究和完成了中频软件无线电数字接收平台两大模块的FPGA实现：数字下变频相关模块和数字调制解调模块。其中，在深入研究数字下变频实现结构的基础上，首先对数字下变频模块的数控振荡器(NCO)采用了直接频率合成技术(DDS)实现，其频率分辨率高，灵活，易于实现；高效抽取滤波器组由积分梳状滤波器(CIC)，半带滤波器(HB)，FIR滤波器组成。对积分梳状滤波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理论对内部寄存器的位宽进行改进，极大地节约了资源，提高了运行速率。对FIR滤波器和半带滤波器采用了(DA)分布式算法，它的运行速度只与数据的宽度有关，只有加减法运算和二进制除法，既缩减了系统资源又大大节省了运算时间，实现了高效的实时处理。对数字调制解调模块，重点研究和完成了2ASK和2FSK的调制解调的FPGA实现，模块有很好的通用性，能方便地移植到其它的系统中。在文章的最后还对整个系统进行了Matlab仿真，验证了系统设计思想的正确性。在系统各个关键模块的设计过程中，都是先依据一定的设计指标进行verilog编程，然后再在Quartus软件中编译，时序仿真测试，并与Matlab仿真结果进行对比，验证设计的正确性。
上传时间： 2013-05-18
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自20世纪90年代以来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术和通信及网络技术的发展，微机保护和测控装置的性能得到大幅提升，以此为基础的变电站自动化系统在我国的电力系统中得到长足的发展和广泛的应用。 @@ 为增加产品的市场竞争力，电力系统二次设备生产厂商紧跟市场需求，将各种具有高性价比的新型处理器芯片和外围芯片大量应用到变电站自动化系统的保护、测控装置上，如32位CPU、数字信号处理芯片DSP、高速高精度A/D转换芯片、大容量Flash存储芯片、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些功能强大的器件的应用使保护测控装置在外形上趋于小型化集成化，而在功能上则较以前有显著提升。同时，各种成熟的商用嵌入式实时操作系统的采用使处理器的性能得到充分发挥，装置通信、数据存储及处理能力更强，性能大幅提高，程序移植升级更加方便快捷。 @@ 本论文以现阶段国内外变电站自动化系统测控技术为参考，根据变电站自动化系统的发展趋势和要求，研究一种基于ARM和FPGA技术并采用嵌入式实时操作系统的高性能测控装置，并给出硬软件设计。 @@ 装置硬件采用模块化设计，按照测控装置基本功能设计插件板。分为主CPU插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控出口插件、直流采样及输出插件。除主CPU插件，其他插件的数量可以根据需要任意增减，满足不同用户的需求。 @@ 装置主CPU采用目前先进的基于ARM技术的微处理器AT91RM9200，通过数据、地址总线和其他插件板连接，构成装置的整个系统。交流采样插件采用FPGA技术，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10实现交流采样的控制，降低了CPU的负担。 @@ 软件采用Vxworks嵌入式实时操作系统，增加了系统的性能。以任务来管理不同的软件功能模块，利于装置软件的并行开发和维护。 @@关键词：测控装置；嵌入式实时操作系统；ARM；现场可编程门阵列
上传时间： 2013-04-24
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并行总线PATA从设计至今已快20年历史，如今它的缺陷已经严重阻碍了系统性能的进一步提高，已被串行ATA(Serial ATA)即SATA总线所取代。SATA作为新一代磁盘接口总线，采用点对点方式进行数据传输，内置数据/命令校验单元，支持热插拔，具有150MB/s(SATA1.0)或300MB/s(SATA2.0)的传输速度。目前SATA已在存储领域广泛应用，但国内尚无独立研发的面向FPGA的SATAIP CORE，在这样的条件下设计面向FPGA应用的SATA IP CORE具有重要的意义。 本论文对协议进行了详细的分析，建立了SATA IP CORE的层次结构，将设备端SATA IP CORE划分成应用层、传输层、链路层和物理层；介绍了实现该IPCORE所选择的开发工具、开发语言和所选用的芯片；在此基础上着重阐述协议IP CORE的设计，并对各个部分的设计予以分别阐述，并编码实现；最后进行综合和测试。 采用FPGA集成硬核RocketIo MGT(RocketIo Multi-Gigabit Transceiver)实现了1.5Gbps的串行传输链路；设计满足协议需求、适合FPGA设计的并行结构，实现了多状态机的协同工作：在高速设计中，使用了流水线方法进行并行设计，以提高速度，考虑到系统不同部分复杂度的不同，设计采用部分流水线结构；采用在线逻辑分析仪Chipscope pro与SATA总线分析仪进行片上调试与测试，使得调试工作方便快捷、测试数据准确；严格按照SATA1.0a协议实现了SATA设备端IP CORE的设计。 最终测试数据表明，本论文设计的基于FPGA的SATA IP CORE满足协议需求。设计中的SATA IP CORE具有使用方便、集成度高、成本低等优点，在固态电子硬盘SSD(Solid-State Disk)开发中应用本设计，将使开发变得方便快捷，更能够适应市场需求。
上传时间： 2013-06-21
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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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随着现代DSP、FPGA等数字芯片的信号处理能力不断提高，基于软件无线电技术的现代通信与信息处理系统也得到了更为广泛的应用。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件系统作为其应用平台，把尽可能多的无线及个人通信和信号处理的功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来。另一方面，现代信号处理系统对数据的处理速度、处理精度和动态范围的要求也越来越高，需要每秒完成几千万到几百亿次运算。因此研制具备高速实时信号处理能力的通用硬件平台越来越受到业界的重视。 @@ 目前的高速实时信号处理系统一般均采用DSP+FPGA的架构，其中DSP主要负责完成系统通信和基带信号处理算法，而FPGA主要完成信号预处理等前端算法，并提供系统常用的各种外部接口逻辑。本文的主要工作就在于完成通用型高速实时信号处理系统的FPGA软件设计。 @@ 本文提出了一种基于多DSP与FPGA的通用高速实时信号处理系统的架构。综合考虑各方面因素，作者选择使用两片ADSP-TS201浮点DSP以混合耦合模型构成系统信号处理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系统所需的各种接口，包括与ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外设接口。此外，作者还选择了ADSP-BF533定点DSP加入系统当中以扩展系统音视频信号处理能力，体现系统的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系统设计正逐渐成为现代FPGA应用的一个热点。结合课题需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze软核处理器为核心在Virtex-5片内设计了一个嵌入式系统，完成了对CF卡、DDR2 SDRAM存储器的读写控制，并利用片内集成的三态以太网MAC硬核模块，实现了系统与上位PC机之间的以太网通信链路。此外，为扩展系统功能，适应未来可能的软件升级，进一步提高系统的通用性，还将嵌入式实时操作系统μC/OS-II移植到MicroBlaze处理器上。 @@ 最后，作者介绍了基于Xilinx RocketIO GTP收发器的高速串行传输设计的关键技术和基本的设计方法，充分体现了目前高速实时信号处理系统的发展要求和趋势。 @@关键词：高速实时信号处理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系统；MicroBlaze
上传时间： 2013-05-17
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