本文研究基于ARM与FPGA的高速数据采集系统技术。论文完成了ARM+FPGA结构的共享存储器结构设计，实现了ARMLinux系统的软件设计，包括触摸屏控制、LCD显示、正弦插值算法设计以及各种显示算法设计等。同时进行了信号的高速采集和处理的实际测试，对实验测试数据进行了分析。 论文分别从软件和硬件两方面入手，阐述了基于ARM处理器和FPGA芯片的高速数据采集的硬件系统设计方法，以及基于ARMLinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。 硬件方面，在FPGA平台上，我们首先利用乒乓操作的方式将一路高速数据信号转换成频率为原来频率1/4的4路低速数据信号，再将这四路数据分别存储到4个FIFO中，然后再对这4个FIFO中的数据拼接并存储在FPGA片上的双端口双时钟RAM中，最后将FPGA的双端口双时钟RAM挂载到ARM系统的总线上，实现了ARM和FPGA共享存储器的系统结构，使ARM处理器可以直接读取这个双端口双时钟的RAM中的数据，从而大大提高了数据采集与处理的效率。在采样频率控制电路设计方面，我们通过使FIFO的数据存储时钟降低为标准状态下的1/n实现数据采集频率降为标准状态的1/n，从而实现了由FPGA控制的可变频率的数据采集系统。 软件方面，为了更有效地管理和拓展系统功能，我们移植了ARMLinux操作系统，并在S3C2410平台上设计实现了基于Linux操作系统的触摸屏驱动程序设计、LCD驱动程序移植、自定义的FPGA模块驱动程序设计、LCD显示程序设计、多线程的应用程序设计。应用程序能够控制FPGA数据采集系统工作。 在前端采样频率为125MHz情况下，系统可以正常工作。能够实现对频率在5MHz以下的信号波形的直接显示；对5MHz至40MHz的信号，使用正弦插值算法进行处理，显示效果良好。同时这种硬件结构可扩展性强，可以在此基础上实现8路甚至16路缓冲的系统结构，可以使系统支持更高的采样频率。
上传时间： 2013-07-04
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随着微电子技术和电力电子技术的飞速发展，运动控制系统正朝着通用化、智能化、微型化的方向发展。目前，以数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）为核心的运动控制卡已成为运动控制器的发展主流。它可方便地以插卡形式嵌入PC机，将PC机强大的信息处理能力和开放式特点与运动控制卡的运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制方便、通用性好的特点。因此，本文通过对运动控制技术的深入研究，开发了一款以DSP和FPGA为主控单元、基于PCI总线的运动控制卡。 首先，设计了运动控制卡硬件电路，对控制卡的DSP和FPGA外围电路、PCI总线接口电路、模拟量输出电路、编码器信号采集电路、通用I/O接口电路等实现方法进行了详细讨论。 为提高控制卡的硬件集成度和可靠性，通过对FPGA的编程设计，在FPGA中实现了PCI总线目标设备接口控制器、双端口RAM、DDA精插补电路、DAC接口电路、编码器信号处理电路和数字I/O信号处理电路。 基于改进的数字PID控制器和前馈控制，设计开发了运动控制卡的位置闭环伺服控制器，并整定了控制器参数，获得良好的伺服控制特性。 最后，采用WinDriver开发了控制卡的驱动程序，并详细介绍了驱动程序的开发流程。
上传时间： 2013-08-01
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本论文主要对无线扩频集成电路设计中的信道编解码算法进行研究并对其FPGA实现思路和方法进行相关研究。 近年来无线局域网IEEE802.11b标准建议物理层采用无线扩频技术，所以开发一套扩频通信芯片具有重大的现实意义。无线扩频通信系统与常规通信相比，具有很强的抗干扰能力，并具有信息荫蔽、多址保密通信等特点。无线信道的特性较复杂，因此在无线扩频集成电路设计中，加入信道编码是提高芯片稳定性的重要方法。 在了解扩频通信基本原理的基础上，本文提出了“串联级联码+两次交织”的信道编码方案。串联的级联码由外码——(15，9，4)里德-所罗门(Reed-Solomon)码，和内码-(2，1，3)卷积码构成，交织则采用交织深度为4的块交织。重点对RS码的时域迭代译码算法和卷积码的维特比译码算法进行了详细的讨论，并完成信道编译码方案的性能仿真及用FPGA实现的方法。 计算机仿真的结果表明，采用此信道编码方案可以较好的改善现有仿真系统的误符号率。 本论文的内容安排如下：第一章介绍了无线扩频通信技术的发展状态以及国内外开发扩频通信芯片的现状，并给出了本论文的研究内容和安排。第二章主要介绍了扩频通信的基本原理，主要包括扩频通信的定义、理论基础和分类，直接序列扩频通信方式的数学模型。第三章介绍了基本的信道编码原理，信道编码的分类和各自的特点。第四章给出了本课题选择的信道编码方案——“串联级联码+两次交织”，详细讨论了方案中里德-所罗门(Reed-Solomon)码和卷积码的基本原理、编码算法和译码算法。最后给出编码方案的实际参数。第五章对第四章提出的编码方案进行了性能仿真。第六章结合项目实际，讨论了FPGA开发基带扩频通信系统的设计思路和方法。首先对FPGA开发流程以及实际开发的工具进行了简要的介绍，然后给出了扩频通信系统的总体设计。对发射和接收子系统中信道编码、解码等相关功能模块的实现原理和方法进行分析。第七章对论文的工作进行总结。
上传时间： 2013-07-18
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正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术，它具有频谱利用率高、抗多径能力强等特点，在宽带无线多媒体通信领域中受到了广泛的关注。 OFDM系统可分为连续工作模式和突发工作模式。在IEEE802.11a、HiperLANType2等无线局域网标准中采用了OFDM的突发工作模式，该模式下的接收机首先对符合某种特定格式的帧做出检测。本文介绍了一种基于最小错误概率准则的帧检测算法，提出了该算法的FPGA实现方案。 同步技术是OFDM最关键的技术之一，它包括载波频率同步和符号同步。载波频率同步是为了纠正接收端相对于发送端的载波频率偏移，以保证子载波间的正交性；符号同步确定OFDM符号有用数据信息的开始时刻，也就是确定FFT窗的开始时刻。本文首先介绍了一种基于自相关的载波频率同步算法，给出了它的FPGA实现方案，重点讲述了其中用到的Cordic算法及其实现；然后介绍了分别基于互相关和自相关的两种符号同步算法，给出了各自的FPGA实现方案，从实现的角度比较了两种算法的优缺点，并且在FPGA设计中体现了面积复用和流水线操作的设计思想。 文章最后介绍了系统调试的情况，总结出一种ChipScopePro与Matlab相结合的调试方法，该方法在FPGA调试方面具有一定的通用性。
上传时间： 2013-07-16
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小波变换是一种新兴的理论，是数学发展史上的重要成果。它无论对数学还是对工程应用都产生了深远的影响。最新的静态图像压缩标准JPEG2000就以离散小波变换(DWT)作为核心变换算法。 本文首先较为详细地分析了小波变换的理论基础，对多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介绍。然后分析了JPEG2000所采用的小波滤波器，并引入了一个新的LS97小波。该小波系数简单、易于硬件实现，并且与CDF97小波有很好的兼容性，可作为CDF97小波的替代者。使用Matlab对CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真测试，结果表明这两个小波具有几乎相同的性能。在确定所用的小波后，本文设计了二维离散小波变换的硬件结构。设计过程中对标准二维小波变换做了优化，即将行变换和列变换的归一化步骤合并计算，这样可以减少两次乘法操作。另外还使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式来优化设计。对于边界数据的处理，本文采用了嵌入式对称延拓技术，不需要额外的缓存，节约了硬件资源。为提高硬件利用率，本文将LeGall53小波变换和LS97小波变换统一起来，只要一个控制信号就可实现两者之间的转换。本文所提出的结构采用基于行的变换方式，只需要六行中间数据即可完成全部行数据的小波变换。采用流水线技术提高了整个设计的运行速度。最后也给出了二维离散小波反变换的实现结构。 在完成硬件结构设计的基础上，使用Verilog硬件描述语言对整个设计进行了完全可综合的RTL级描述，采用同步设计，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA开发软件ISE6.3i中对正反小波变换做了仿真和实现，结果表明，本设计能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波变换，可以满足各种实时性要求。
上传时间： 2013-07-25
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随着信息技术的发展，系统级芯片SoC(System on a Chip)成为集成电路发展的主流。SoC技术以其成本低、功耗小、集成度高的优势正广泛地应用于嵌入式系统中。通过对8位增强型CPU内核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的实现，对SoC设计作了初步研究。 在对Intel MCS-8051的汇编指令集进行了深入地分析的基础上，按照至顶向下的模块化的高层次设计流程，对8位CPU进行了顶层功能和结构的定义与划分，并逐步细化了各个层次的模块设计，建立了具有CPU及定时器，中断，串行等外部接口的模型。 利用5种寻址方式完成了8位CPU的数据通路的设计规划。利用有限状态机及微程序的思想完成了控制通路的各个层次模块的设计规划。利用组合电路与时序电路相结合的思想完成了定时器，中断以及串行接口的规划。采用边沿触发使得一个机器周期对应一个时钟周期，执行效率提高。使用硬件描述语言实现了各个模块的设计。借助EDA工具ISE集成开发环境完成了各个模块的编程、调试和面向FPGA的布局布线；在Synplify pro综合工具中完成了综合；使用Modelsim SE仿真工具对其进行了完整的功能仿真和时序仿真。 设计了一个通用的扩展接口控制器对原有的8位处理器进行扩展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增强了8位处理器的功能，可以用于现有单片机进行升级和扩展。 本设计的CPU全面兼容MCS-51汇编指令集全部的111条指令，在时钟频率和指令的执行效率指标上均优于传统的MCS-51内核。本设计以硬件描述语言代码形式存在可与任何综合库、工艺库以及FPGA结合开发出用户需要的固核和硬核，可读性好，易于扩展使用，易于升级，比较有实用价值。本设计通过FPGA验证。
上传时间： 2013-04-24
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电台广播在我们的社会生活中占有重要的地位。随着我国广播事业的发展，对我国广播业开发技术、信号的传输质量和速度提出了更高更新的要求，促使广播科研人员不断更新现有技术，以满足人民群众日益增长的需求。 本论文主要分析了现行广播发射台的数字广播激励器输入接口的不足之处，根据欧洲ETS300799标准，实现了一种激励器输入接口的解决方案，这种方案将复接器送来的ETI(NA,G704)格式的码流转换成符合ETS300799标准ETI(NI)的标准码流，并送往后面的信道编码器。ETI(NA,G704)格式与现行的ETI(NI,G703)格式相比，主要加入了交织和RS纠错编码，使得信号抗干扰能力大大加强，提高了节目从演播室到发射台的传输质量，特别是实时直播节目要求信号质量比较好时具有更大的作用。 本论文利用校验位为奇数个的RS码，对可检不可纠的错误发出报警信号，通过其它方法替代原有信号，对音质影响不大，节省了纠正这个错误的资源和开发成本。 同时，我们采用FPGA硬件开发平台和VHDL硬件描述语言编写代码实现硬件功能，而不采用专用芯片实现功能，使得修改电路和升级变得异常方便，大大提高了开发产品的效率，降低了成本。 经过软件仿真和硬件验证，本系统已经基本实现了预想的功能，扩展性较好，硬件资源开销较小，具有实用价值。
上传时间： 2013-07-15
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LDPC码以其接近Shannon极限的优异性能在编码界引起了轰动，成为研究的热点。随着研究的不断深入和技术的发展，目前，LDPC码已经被多个通信系统定为信道编码方案，并被应用到第二代数字视频广播卫星(DVB—S2)通信系统中。由于LDPC码译码过程中所涉及的数据量庞大，译码时序控制复杂，如何实现LDPC码译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现LDPC码译码器为研究目标，主要对译码算法选择、译码数据量化、定点数据表示方式、译码算法关键运算单元的FPGA设计和译码的时序控制进行了深入研究。首先分析了LDPC码的基本译码原理和常用译码算法。然后重点分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和归一化最小和算法，并对四种译码算法的纠错性能和译码复杂度进行比较论证，选出适合硬件实现的译码方案。结合通信系统，对译码算法进行仿真分析，确定了译码算法的各个参数值和译码量化方案。 在系统仿真分析论证的基础之上，以归一化最小和译码算法为理论方案，利用硬件描述语言编写译码功能模块，并基于FPGA实现了固定译码长度的LDPC码译码器，利用MATLAB和Modelsim分别对译码器进行了功能验证和时序验证，最后模拟通信系统完成了译码器的硬件测试。
上传时间： 2013-04-24
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随着微电子技术的快速发展，电子设备逐渐向着小型化、集成化方向发展；人们在要求设备性能不断提升的同时，还要求设备功耗低、体积小、重量轻、可靠性高。同样在我军武器装备的研制过程中，也对各武器装备都提出了新的要求，特别是针对单兵配备的便携设备，对体积、功耗、扩展性的要求更是严格。 在某手持式设备的开发项目中，需要设计一块接口板，要求实现高达8个串行口扩展以及能源管理和数字输入输出接口等功能，该接口板与处理器模块的连接总线采用LPC总线，整个手持设备除了对功能有基本的要求以外，对体积及功耗都提出了极高的要求。针对项目的具体设计要求，经过与传统设计方法的比较，决定采用FPGA来实现LPC接口及UART控制器功能。 论文的主要目标是完成LPC接口的UART控制在FPGA中的实现。对于各模块中的关键的功能部分，文中对其实现都进行了详细的说明。整个设计全部采用硬件描述语言(HDL)实现，并且采用了分模块的设计风格，具有很好的重用性。 为了在硬件平台上验证设计，还实做了FPGA验证平台，并用C语言编写了测试程序。经过验证，该方案完全实现了接口板的功能要求，并且满足体积和功耗上的要求，取得了良好的效果。 论文通过采用FPGA作为电路设计的核心，以一种新的数字电路设计方法实现电路功能；旨在通过这种方式，不断提高设备的性能并拓展设计者思想。
上传时间： 2013-05-21
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近年来，移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展及应用，各种全新的无线通信概念层出不穷、各种新的体制及其关键技术日新月异。由于正交频分复用(OFDM)技术可以高效地利用频谱资源并有效地对抗频率选择性衰落，多入多出(MIMO)利用多个天线实现多发多收，在不增加带宽和发送功率的情况下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技术被广泛认为是后三代通信系统(B3G)的关键技术，是当今移动通信领域研究的热点。 本文对OFDM-MIMO通信系统接收机的关键技术--数字下变频，OFDM同步、解调进行了相关研究，在多天线接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了数字下变频，OFDM同步和解调的FPGA设计与实现。通过功能仿真、时序仿真、板级电路测试，验证了该设计的正确性。 本文首先介绍了OFDM基本原理以其特点，然后对同步技术和数字下变频技术作了相应的介绍。同步是OFDM系统设计中的一项关键技术，即是针对系统中存在的时间偏差、频率偏差进行定时恢复、频偏的估计与补偿，来减少各种同步偏差对系统性能的影响。数字下变频是软件无线电的核心技术之一，其基本功能是从高速中频数字信号中提取所需的窄带信号，将其下变频为基带信号，降低数据率，以供后续DSP器件作进一步处理。 在数字下变频器的设计和实现方面，本文先介绍了数字下变频器的原理和基本结构，然后根据系统要求对其进行了设计，并在实现上作了一些简化，节约了硬件资源。 在对时间同步的设计和实现方面，本文采用了利用PN序列进行时间同步的算法。在实现上根据系统实际情况将数据分为四路分别与本地PN码做滑动相关运算，更有效的利用了同步数据，达到了更好的同步性能。 在OFDM的频率同步的设计和实现方面，本文采用重复的PN码两两相关来估计频偏值，并联合一个二阶负反馈环路进行补偿。该算法利用环路自身噪声带宽抑制噪声，提高频率估计精度，并同时利用负反馈扩大频偏估计范围。本文在对算法的详细研究分析的基础上对其进行了FPGA设计与实现。
上传时间： 2013-04-24
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