目前在各行各业中应用种类繁多的测量仪器随着仪器性能指标要求的逐渐提升以及功能的不断拓展，对仪器控制系统的实时性和集成化程度等性能的要求也越来越高。目前发展的趋势是开放式、集成度向芯片级靠拢的高实时性仪器。针对目前传统的系统设计存在着功能简单、速度慢、实时性差、对数据的再加工处理能力极为有限等问题，本文根据课题需要提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速实时数据采集嵌入式系统方案，应用在小功率半导体测量仪器上。方案采用三星S3C2410的ARM处理器进行管理控制，处理数据，界面显示；Altera公司的Cyclone系列的1C12 FPGA器件用来进行高速数据采集，提高了系统的实时性和集成化程度。 本文首先给出了ARM+FPGA架构的总体设计。硬件方面，简要讨论了ARM处理器的特点和优势，FPGA在高速采集和并行性上的优势，给出了硬件的总体结构和主要部件及相关接口。软件方面，研究了基于嵌入式Linux的嵌入式系统的构建和BootLoader的启动以及内核和根文件系统的结构，构建了嵌入式Linux系统包括建立交叉开发环境，修改移植BootLoader和裁减移植Linux内核，并且根据课题实际需要精简建立了根文件系统。 为了满足测量仪器的实时性，设计了ARM与FPGA的高速数据采集接口。进行了FPGA内部与ARM接口相关部分的硬件电路设计；通过分析ARM与FPGA内部时序的差异，针对ARM与FPGA内部FIFO时序不匹配的问题，解决了测量仪器中高速数据采集与处理速度不匹配的问题。接着，通过研究Linux设备驱动基本原理和驱动程序的开发过程，设计了Linux下的FPGA数据采集接口驱动程序，并且实现了中断传输。使得FPGA芯片通过高效可靠的驱动程序可以很好的与ARM进行通讯。 最后为了方便用户操作，进行了人机交互系统的设计。为了降低成本和提高实用性利用FPGA芯片剩余的资源实现了对PS/2键盘鼠标接口的控制，应用到系统中，大大提高了人机交互能力；通过比较分析目前比较流行的几种嵌入式GUI图形设计工具的优缺点，结合课题的实际情况选择了MiniGUI作为课题图形界面的开发。根据具体要求设计了适合测量仪器方面上使用的人机交互界面，并且移植到了ARM平台上，给测量仪器的使用提供了更好的交互操作。 本课题完成了嵌入式Linux开发环境的建立，针对课题实际硬件电路设计修改移植了bootloader，裁减移植了内核以及根文件系统的建立；设计了FPGA内部硬件电路，解决了接口中ARM与FPGA时序不匹配的问题，实现了ARM与FPGA之间的高速数据采集；设计了高速采集接口在嵌入式Linux下的驱动程序以及中断传输和应用程序；合理设计了适合测量仪器使用的人机交互界面，并巧妙设计了PS/2键盘鼠标接口，进一步提高了交互操作。
上传时间： 2013-06-21
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自上个世纪九十年代以来，我国著名学者、现中国科学院院士、清华大学陈难先教授等人使用无穷级数的Mobius反演公式解决了一系列重要的应用物理中的逆问题，例如费米体系逆问题、信号处理等，开创了应用、推广数论中的Mobius变换解决物理学中各种逆问题的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》杂志的整版专评与高度评价。华侨大学苏武浔、张渭滨教授等则把Mobius变换的方法应用于几种常用波形（包括周期矩形脉冲，奇偶对称方波和三角波等）的傅立叶级数的逆变换运算，得到正、余弦函数及一般周期信号的各种常用波形的信号展开；并求得了与各种常用波形信号函数族相正交的函数族，以用于各展开系数的计算与信息的解调；而后把它们应用到通信系统中，提出了一种新的通信系统，即新型Chen-Mobius通信系统。 在新型通信系统中，把这种正交函数族应用于系统的相干调制解调中，取代传统通信系统中调制解调所采用的三角正交函数族。正是这种正交函数族使得通信系统的传输性能大大提高，保密性加强，而且正交函数族产生很方便。 本文从软件仿真和硬件实现两个方面对Chen-Mobius通信系统进行了验证。首先，利用MATLAB软件构建Chen-Mobius数字通信系统，通过计算机编程，对Chen-Mobius单路、四路和八路的数字通信系统进行仿真分析，对该系统在不同信噪比情况下的错误概率进行了计算，并绘出了信噪比-错误概率曲线；其次，在QuartusⅡ软件平台上，利用VHDL语言文本输入和原理图输入的方法构建Chen-Mobius数字通信系统，对该系统进行了仿真，包括设计综合、引脚分配、仿真验证、时序分析等；再次，在QuartusⅡ软件仿真的基础上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，实现了硬件的编程和下载，从而完成了Chen-Mobius数字通信系统的FPGA实现；最后，从MATLAB软件仿真和硬件实现的结果出发，通过分析系统的性能，简单展望了Chen-Mobius数字通信系统的应用前景。 本文通过软件仿真得到了Chen-Mobius数字通信系统的信噪比-错误概率曲线，从理论上验证了该系统的强的抗干扰能力；利用FPGA完成了系统的硬件实现，从实际上验证了该系统的可实现性。从两方面都可以说明，Chen-Mobius通信系统虽然只是一个新的起点，但它却预示着光明的应用前景。
标签： ChenMobius MATLAB FPGA 数字通信系统
上传时间： 2013-05-19
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VLSI(超大规模集成电路)的快速发展，使得FPGA技术得到了迅猛发展，FPGA的快速发展又为实时图像处理在算法、系统结构上带来了新的方法和思路，全景图像处理是实时图像处理中一个崭新的领域，其在视频监视领域内有广泛的应用前景。 本文首先介绍了全景图像处理的发展状况，课题的主要背景、国内外发展现状、课题的研究意义、课题的来源和本文的主要研究工作及论文组织结构。然后在第二章中介绍了FPGA的发展，FPGA/CPLD的特点，并介绍了Cyclone Ⅱ系列FPGA的硬件结构，硬件描述语言，开发工具Quartus Ⅱ以及FPGA开发的一般原则。 文章的重点放在了电路板的设计部分，也就是本文的第三章。在介绍电路设计部分之前首先介绍一些高速数字电路设计中的一些概念、高速数字电路设计中常见问题，并对常见问题给出了一般解决方法。 在FPGA电路板设计部分中，对FPGA电路的设计过程作了详细的说明，其中着重介绍了采用了FBGA封装的EP2C35芯片的电路设计要点，多层电路板设计要点，FPGA供电管脚的处理注意事项，FPGA芯片中PLL模块的设计以及FPGA的配置方法，并给出了作者的设计思路。FPGA供电电源也是电路板设计的要点所在，文章中也着重对其进行了介绍，提及了FPGA电源设计指标要求及电压功耗估计，并根据现有的FPGA电源解决方案提出了设计思路和方法。同时文章中对FPGA芯片外围器件电路包括图像采集显示芯片电路、图像存储电路、USB2.0接口电路的设计做了相应的介绍。最终目的就是为基于FPGA的全景图象处理搭建一个稳定运行的平台。 在第四章中介绍了IC总线控制器的状态机图及信号说明和相应的仿真图。 文章最后给出了FPGA硬件电路的调试结果，验证了设计目的，为进一步的工作打下了良好的基础。
上传时间： 2013-04-24
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随着科学技术的发展与公共安全保障需求的提高，视频监控系统在工业生产、日常生活、警备与军事方面的应用越来越广泛。采用基于 FPGA 的SOPC技术、H．264压缩编码技术和网络传输控制技术实现网络视频监控系统，在稳定性、功能、成本与扩展性等方面都有着突出的优势，具有重要的学术意义与实用意义， 本课题所设计的网络视频监控系统由以Nios Ⅱ为核心的嵌入式图像服务器、相关网络设备与若干PC机客户端组成。嵌入式图像服务器实时采集图像，采用H．264 编码算法进行压缩，并持续监听网络。PC机客户端可通过网络对服务器进行远程访问，接收编码数据，使用H．264解码算法重建图像并实时显示，使监控人员有效地掌握现场情况， 在嵌入式图像服务器设计阶段，本文首先进行了芯片选型与开发平台选择。然后构建图像采集子系统，采用双缓存乒乓交换的方法设计图像采集用户自定义模块。接着设计双Nios Ⅱ架构的SOPC系统，阐述了双软核设计中定制连接、内存芯片共享、数据搬移、通信与互斥的解决方法。同时完成了网络服务器的设计，采用μC/OS-Ⅱ进行多任务的管理与调度， H．264视频压缩编解码算法设计与实现是本文的重点。文中首先分析H．264．标准，规划编解码器结构。接着设计了16×16帧内预测算法，并设计宏块扫描方式，采用两次判决策略进行预测模式选择。然后设计4×4子块扫描方式，编写整数变换与量化算法程序。熵编码采用Exp-Golomb编码与CAVLC相结合的方案，针对除拖尾系数之外的非零系数值编码子算法，实现了一种基于表示范围判别的编码方法。最后设计了网络传输的码流组成格式，并针对编码算法设计相应解码算法。使用VC++完成算法验证，并进行测试，观察不同参数下压缩率与失真度的变化。 算法验证完成后，本文进行了PC机客户端设计，使其具有远程访问、H．264解码与实时显示的功能。同时将H．264 编码算法程序移植到NiosⅡ中，并将嵌入式图像服务器与若干客户端接入网络进行联合调试，构建完整的网络视频监控系统， 实验结果表明，本系统视频压缩率高，监控图像质量良好，充分证明了系统软硬件与图像编解码算法设计成功。本系统具有成本低、扩展性好及适用范围广等优点，发展前景十分广阔。
上传时间： 2013-08-03
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现场可编程门阵列(FPGA)器件是能通过对其进行编程实现具有用户规定功能的电路，特别适合集成电路的新品开发和小批量ASIC电路的生产。近几年来，FPGA的发展非常迅速，但目前国内厂商所使用的FPGA芯片主要还是从国外进口，这种状况除了给生产厂家带来很大的成本压力以外，同时也影响到国家信息产业的保密和安全问题，因此在国内自主研发FPGA便成为一种必然的趋势。 基于上述现实状况及国内市场的巨大需求，中国电子科技集团公司第58研究所近年来对FPGA进行了专项研究，本论文正是作为58所专项的一部分研究工作的总结。本文深入研究了FPGA的相关设计技术，并进行了实际的FPGA器件设计，研究工作的重点是在华润上华(CSMC)0.5μm标准CMOS工艺基础上进行具有6000有效门的FPGA的电路设计与仿真。 论文首先阐述了可编程逻辑器件的基本结构，就可编程逻辑器件的发展过程及其器件分类，对可编程只读存储器、现场可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、通用逻辑阵列和复杂PLD等的基本结构特点进行了讨论。接着讨论了FPGA的基本结构与分类及它的编程技术，另外还阐述了FPGA的集成度和速率等相关问题。并根据实际指标要求确定本文研究目标FPGA的基本结构和它的编程技术，在华润上华0.5μm标准CMOS工艺的基础上，进行一款FPGA芯片的设计研究工作。进行了可编程逻辑单元的基本结构的设计，并用CMOS逻辑和NMOS传输管逻辑实现了函数发生器、快速进位链和触发器的电路设计，并对其进行了仿真，达到了预期的目标。
上传时间： 2013-07-18
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随着半导体技术与数字集成电路(微处理器、存贮器以及标准逻辑门电路等)技术的迅速发展，特别是随着计算机技术的发展，在工业生产和科学技术研究的各行各业中，人们利用PC机的强大处理功能代替传统仪器的某些部件，开发出各种测量仪器(虚拟仪器)，传统仪器的数字逻辑部分多是采用分立集成电路(IC)组成，分立IC愈多，给系统的电路设计、调试及维护带来诸多不便。而随着EDA技术的飞速发展，大规模可编程逻辑芯片CPLD / FPGA应运而生。这类芯片可以替代几十甚至上百块通用IC芯片，而且，因其可用硬件描述语言进行芯片设计、支持在线编程和在系统编程等优点而备受青睐。本课题主要是用FPGA实现一个验证平台。用于SOC及IPCore的验证。用FPGA系统验证板实现在实际硬件环境中的验证可以弥补ASIC 设计流程中仿真的不足, 通过该验证也可以加快ASIC设计且降低由于逻辑问题所造成ASIC 开发中的成本损耗。本文首先介绍了EDA技术的发展，然后介绍了FPGA，SOC,和IPCore的一些基本概念，分析了FPGA在现代集成电路设计领域的一些应用。最后，具体设计了一块用设计验证的开发板，并讨论了其设计结构，流程及验证方法。
上传时间： 2013-05-16
上传用户：bakdesec
随着电子技术和信息技术的发展，可编程逻辑器件的应用领域越来越宽。可编程SoC设计已成为SoC设计的新方法。论文介绍了可编程逻辑器件的设计方法和开发技术，并用硬件描述语言和FPGA／CPLD设计技术，探索和研究了基于FPGA的RISCMCU的设计与实现过程。 论文参照Mircochip公司的PICl6C5X单片机的体系结构，设计了8位RISCMCU。该嵌入式MCU设计采用了自顶向下的设计方法和模块化设计思想。MCU总体结构设计划分控制模块、ALU模块、存储模块三大模块。然后，对各模块的具体技术实现细节分别进行了阐述。论文中设计的MCU能实现PICl6C5X单片机33条指令中除OPTION、CLRWDT、SLEEP和TRIS四条指令以外的其余29条指令的功能，但应用是基于FPGA的，能与其他外设IP方便的结合在一起使用，比ASIC的PICl6C57X的应用更具灵活性。 软件仿真和硬件验证表明：所设计的嵌入式MCU在各方面均达到了一定的性能指标，在Altera公司ACEX1K系列的EPlK30TCl44-3器件上的工作频率达21.88MHz。这些为自主设计R／SCMCU的IP核提供了值得借鉴的探索成果和设计思路，在通用控制领域也有一定的实用价值。 此外，论文中还介绍了三相SPWM控制模块的设计，该模块具有死区时间和载波比任意可调的特点，可以单独应用，也可以作为MCU的外设子模块应用。
上传时间： 2013-07-16
上传用户：熊少锋
本文结合工程需要详细论述了一种数字相位计的实现方法，该方法是基于FPGA(现场可编程门阵列)芯片运用FFT(快速傅立叶变换)算法完成的。首先，从相位测量的原理出发，分析了传统相位计的缺点，给出了一种高可靠性的相位检测实用算法，其算法核心是对采集信号进行FFT变换，通过频谱分析，实现对参考信号和测量信号初相位的检测，并同时阐述了FPGA在实现数字相位计核心FFT算法中的优势。在优化的硬件结构中，利用多个乘法器并行运算的方式加快了蝶形运算单元的运算速度；内置双端口RAM、旋转因子ROM使数据存储的速度得到提高；采用了流水线的工作方式使数据的存储、运算在时间上达到匹配。整个设计采用VHDL(超高速硬件描述语言)语言作为系统内部硬件结构的描述手段，在Altera的QuartusⅡ软件支持下完成。仿真结果表明，基于FPGA实现的FFT算法无论在速度和精度上都满足了相位测量的需要，其运算64点数据仅需27.5us，最大误差在1％之内。
上传时间： 2013-05-16
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随着信息社会的发展，人们要处理的各种信息总量变得越来越大，尤其在处理大数据量与实时处理数据方面，对处理设备的要求是非常高的。为满足这些要求，实时快速的各种CPU、处理板应运而生。这类CPU与板卡处理数据速度快，效率高，并且不断的完善与发展。此类板卡要求与外部设备通讯，同时也要进行内部的数据交换，于是板卡的接口设备调试与内部数据交换也成为必须要完成的工作。本文所作的工作正是基于一种高速通用信号处理板的外部接口和内部数据通道的设计。 本文首先介绍了通用信号处理板的应用开发背景，包括此类板卡使用的处理芯片、板上设备、发展概况以及和外部相连的各种总线概况，同时说明了本人所作的主要工作。 其次，介绍了PCI接口的有关规范，给出了通用信号处理板与CPCI的J1口的设计时序；介绍了DDR存储器的概况、电平标准以及功能寄存器，并给出了与DDR．存储器接口的设计时序；介绍了片上主要数据处理器件TS-202的有关概况，设计了板卡与DSP的接口时序。 再次，介绍了Altera公司FPGA的程序设计流程，并使用VHDL语言编程完成各个模块之间的数据传递，并重点介绍了DDR控制核的编写。 再次，介绍了WDM驱动程序的结构，程序设计方法等。 最后，通过从工控机向通用信号处理板写连续递增的数据验证了整个系统已经正常工作。实现了信号处理板内部数据通道设计以及与外部接口的通讯；并且还提到了对此设计以后地完善与发展。 本文所作的工作如下： 1、设计完成了处理板各接口时序，使处理板可以从接口接受/发送数据。 2、完成了FPGA内部的数据通道的设计，使数据可以从CPCI准确的传送到DSP进行处理，并编写了DSP的测试程序。 3、完成了DDR SDRAM控制核的VHDL程序编写。 4、完成了PCI驱动程序的编写。
上传时间： 2013-06-30
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随着图像处理和模式识别技术的进步，基于生物特征的识别技术成为蓬勃发展的高技术之一，根据IBG(InternationalBiometricGroup)组织对生物特征市场的统计和预测，该领域的收入的年增长率30-50％，到2008年，全球总收入将达到46.39亿美元。而基于指纹特征的识别技术由于其独特的可靠性，稳定性，方便快捷的特点，恰好符合了市场的需求。目前指纹识别技术是生物识别领域中应用最广泛的识别技术，也是研究与应用的一个热点。 SOPC片上可编程系统和嵌入式系统是当前电子设计领域中最热门的概念。NiosⅡ是Altera公司开发的一种采用流水线技术、单指令流的RISC嵌入式处理器软核，可以将它嵌入FPGA内部，与用户自定义逻辑结合构成一个基于FPGA的片上系统。与嵌入式硬核相比较，嵌入式软核具有更大的灵活性。而FPGA的高速性、恰恰满足了指纹识别系统对速度的要求。 本文对指纹识别技术中各个环节的算法进行了较为深入的研究，结合NiosⅡ嵌入式处理器的特点，对算法进行了合理的选择与优化，形成了一套完整的指纹识别算法，并提出了一种基于FPGA的指纹识别系统硬件设计方案。 论文的内容主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、后处理和匹配算法进行了改进，提高了算法的性能；设计了一种适用于快速匹配的指纹特征数据结构；提出了一套基于特征点匹配的指纹识别算法。实验结果表明该算法速度快、误识率较低、可靠性较高，可以满足实用的要求。 2、本着增加系统集成度、减小系统体积、提高便携性、降低功耗和成本，同时提升系统的性能的原则，使用Altera公司提供的外围设备IP核配合NiosⅡ处理器软核搭建了一个单片嵌入式系统，然后以内嵌NiosⅡ软核的FPGA和FPS200指纹采集器为核心芯片，外配片外RAM和Flash存储器以及小键盘和LCD显示屏等器件，设计了一个便携式指纹识别系统，提出了一套基于FPGA的硬件设计方案。 3、利用NiosⅡ开发板对硬件设计方案进行了初步的验证，实现了指纹采集芯片FPS200与FPGA的接口，并进行了算法的移植。 实验结果表明本文所提出的系统设计方案是可行的。基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、体积、扩展性方面有着独特的优势，具有广阔的发展空间。最后提出了对这一设计继续改进的思路和下一步研究的内容。
上传时间： 2013-07-28
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