随着数字信号处理技术应用的不断深入，数字信号处理系统的实现面临着很多挑战，其中面临的四个主要问题是：速度、设计规模、功耗和开发周期。因此许多数字信号处理的实现方法被提出，其中基于FPGA的实现技术就是其中的重要技术之一。 本文以数字信号处理系统的实现为应用背景，着重研究了基于FPGA的数字滤波器实现技术。本文分为两个主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA为例，总结了FPGA设计的基本方法及设计流程，并在此基础上介绍了一种用于产品快速开发的设计方式—基于SystemGenerator的设计方式，这种设计方式向数字信号处理系统的设计者提供了自上而下的FPGA解决方案。 第二部分系统地研究了基于FPGA的数字滤波器实现技术。该部分首先研究了三种适合于FPGA的FIR滤波器实现方法，直接结构、转置结构及分布式算法。其次，讨论了针对直接结构FIR滤波器的乘法器优化技术，CSD编码和系数分解，以及针对转置结构FIR滤波器的乘法器优化技术，简化加法器图，并结合实例给出了它们的优化效果。再次，介绍了直接结构FIR滤波器中常用多操作数加法实现方法，二叉树和Wallace树，并在Wallace树的基础上提出了一种适合于FPGA的1比特多操作数加法结构，这种实现结构在实现采样字长与系数字长均为l比特的FIR滤波器时，使FPGA的资源利用率得到明显提高。最后还给出了三种FIR滤波器实现方法在FPGA中应用的优缺点及其适用性，并给出了一个带通滤波器的设计实例。 论文的研究成果已应用于“北斗一号”导航定位接收机中。
上传时间： 2013-08-01
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随着无线通信的应用日益广泛，无线通信系统的种类也越来越繁杂，但是由于不同通信系统的工作频段、调制方式、通信协议等原理结构上存在差异而极大限制了不同系统之间的互通。软件无线电摆脱了硬件体系结构的束缚，成为解决不同通信体制之间互操作问题和开展多种通信业务的最佳途径，具有巨大的商业和军事价值，被喻为无线电通信领域一次新的技术革命。 本文首先回顾了软件无线电的提出和发展现状，然后论述了软件无线电的基本理论和数学模型。在此理论和模型的基础上，设计了软件无线电接收机的硬件平台。该平台包括射频部分、中频处理部分和基带处理部分。射频部分由天线和无线接收机组成；中频部分先将接收机输出的模拟信号数字化，然后再通过FPGA实现下变频；基带部分主要由DSP和嵌入式系统组成，完成解调、同步等处理并可以进行一些其他的应用。其中的嵌入式系统的主处理器是基于ARM7-TDMI内核的LPC2200芯片，为了实现开发的方便在此芯片上移植了uC/OS-Ⅱ嵌入式时实内核。 软件无线电接收机是一个很庞大的体系，其中的数字下变频器DDC是一个非常关键的组成部分，在这部分中可方便的对接收频段、滤波器特性等进行编程控制，极大的提高了通信设备的性能和灵活性，因此本文的重点在于数字下变频器的设计与实现。实现下变频的方法有很多种，由于FPGA在速度和灵活性上的优势，其应用也越来越广泛，因此主要采用了居于领导地位的XILINX公司的SPATAN-Ⅱ芯片来实现数字下变频的功能。
上传时间： 2013-04-24
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随着星载电子系统复杂度、小型化需求的提高，SoC已经成为应对未来星载电子系统设计需求的解决途径。为了简化设计流程并且提高部件的可重用性，在目前的SoC设计中引入了称之为平台的体系结构模板，用它来描述采用已有的标准核来开发SoC的方法。在星载电子系统中常用部件的分类设计，最终建立一个包括多种功能部件，互连部件和处理部件的设计平台，从而有效的提高星载电子系统的设计能力。在当前NASA和ESA的空间应用中，PCI总线广泛作为背板总线和局部总线，有鉴于此，本研究选择PCI总线作为星载电子系统设计平台要提供的一个互连部件对其进行设计。 针对这一需求，本论文采用自项向下的设计方法对PCI总线从设备控制器的设计与实现进行了研究，对PCI总线协议做了深刻的分析，完成了PCI总线目标设备控制器的设计，采用Verilog HDL对其进行了RTL级的描述。 在该课题的研究中，采用了目前集成电路设计中常见的自顶向下设计方法，使用硬件描述语言Verilog HDL对其进行描述，重点分析了PCI总线设备控制器的设计。以PCI总线协议的分析和理解为基础，对PCI总线设备控制器进行了功能分析和结构划分。根据PCI总线设备控制器的功能和结构划分，对PCI总线目标设备控制器的设计思路和各个子模块电路的设计和实现进行了详细的分析阐述，并且通过编写测试激励程序完成了功能仿真。应用FPGA作为物理验证和实现载体，进行了面向FPGA的电路综合，进行了布局布线后的时序仿真，证明所实现的PCI目标设备控制器符合基本功能要求，在以上基础上完成了PCI目标设备控制器的FPGA实现。通过这整个论文的工作，按照设计、仿真、综合验证及布局布线的步骤，完成了PCI总线目标设备控制器IP软核的设计。
上传时间： 2013-06-07
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激光测距是激光技术在军事上最早和最成熟的应用，自1961．年美国休斯飞机公司研制成功世界上第一台激光测距机之后，激光测距技术发展迅速。如今，它已经被广泛运用于军用领域和民用领域。为了进一步提高我国激光测距水平，研制更高性能激光测距机依然是我国国防科技研究中的重要课题之一。其中，测距精度是激光测距机的一个重要参数。而激光测距机能否准确的检测激光回波信号将直接影响测距精度。 脉冲激光测距系统主要包括激光发射子系统、激光回波探测子系统、回波检测与主控子系统、终端显示子系统等组成。其中设计高精度激光回波检测与主控子系统是实现高精度激光测距的核心问题。传统激光回波检测与主控子系统通常采用分立元件和小规模集成电路设计，电路复杂且精度较低。随着数字电路设计技术的发展，已出现大规模可编程逻辑器件FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)。采用FPGA代替传统的分立元件和小规模集成电路来设计激光回波检测与主控子系统，不仅提高了回波检测精度，同时简化了整个测距系统的设计。 本文研究了将激光回波信号直接送入FPGA进行检测的方案。同时，采用这种方案设计了一种激光回波检测系统，并把它成功运用在一引信项目中。这种方案电路设计简单，易于实现。在实际应用中，由于激光回波探测子系统只是完成由光信号到电信号的转换及简单放大，理论分析和试验结果均表明，采用该方案进行回波检测的精度较低，这种回波检测方法也只能应用在测距精度要求低的项目中。 为了满足另一高精度测距项目的需要，在FPGA直接进行激光回波检测方案的基础上，设计了一种高精度激光回波检测系统。文中介绍了其实现原理，理论上分析了该系统所能达到的回波检测精度及整机测距系统的测距精度。与第一种方案相比，该方案引入了超高速数据采集电路。由于采样速率高达lGsps，该方案实现的难点在于如何保证数据采集电路的稳定工作。文中从总体方案的设计，到器件的选型，硬件电路板的实现等方面做了详细的阐述，最终完成了系统硬件电路设计。接着介绍了系统程序设计。后面给出了试验测试结果，该系统工作稳定，性能良好。系统设计中引入的超高速数据采集电路有着广泛的应用，为其他相关设计提供了参考。最后，对全文做了工作总结，并给出了接下来的后续工作与展望。 本文在高速FPGA对激光回波信号检测方向取得了一定的成果，为进一步研究提供了参考价值。
上传时间： 2013-06-13
上传用户：cy1109
数字滤波作为数字信号处理技术的重要组成部分，广泛应用于诸如信号分离、恢复、整形等多种场合中，本文讨论的FIR滤波器因其具有严格的线性相位特性而得到广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性,但目前常用的一些软件或硬件实现方法则难以同时达到两方面的要求。 可编程逻辑器件是一种用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。本课题研究FIR的FPGA解决方案体现电子系统的微型化和单片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR滤波器的基本理论为依据，研究适应工程实际的数字滤波器的设计方法： (2)对分布式算法进行了较为深入的研究。在阐述算法原理的基础上，分析了利用FPGA特有的查找表结构完成这一运算的方法，从而解决了常系数乘法运算硬件实现的问题； (3)以—FIR低通滤波器为例说明FIR数字滤波器的具体实现方法，采用层次化、模块化、参数化的设计思想，完成对整个FIR滤波器的功能模块的划分，以及各个功能模块的具体设计； (4)设计参数可调的FIR低通滤波器的硬件电路：以EPFlK50TCl44-l为核心，包括A/D转换电路、D/A转换电路以及在系统配置电路等。以话音作为输入信号，进行了实际滤波效果的测试。 实验系统的测试结果表明，和传统的数字滤波器相比较具有更好的实时性、准确性、灵活性和实用性。
上传时间： 2013-07-19
上传用户：sjyy1001
AES是美国于2000年10月份确立的高级加密标准，该标准的反馈链路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全数据网络的关键，要保证在公众网上传输的信息不被窃取和偷听，必须对数据进行加密。在不影响网络性能的前提下，快速实现数据加密/解密，对于开发高性能的安全路由器、安全网关等对数据处理速度要求高的通信设备具有重要的意义。 在目前可查询的基于FPGA技术实现AESCBC的设计中，最快的加/解密速度达到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔腾4主频3.06，用汇编语言编写程序，全部资源用于加密解密，最快的加密解密速度可以达到1.4Gbps。但根据国外测试结果表明，即使开发的路由器本身就基于高性能的双64位MIPS网络处理器，软件加密解决方案仅能达到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前几种实现AESCBC的方法有缺点的情况下，在深入研究影响硬件快速实现AESCBC难点基础上，设计出一种适应于报文加密解密的硬件快速实现AESCBC的方案，在设计中采用加密解密和密钥展开并行工作，实现了在线提供子密钥。在解密中采用了双队列技术，实现了报文解密和子密钥展开协调工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真设计方案的基础上，全面验证了硬件实现AESCBC方案的正确性，全面分析了本设计加密解密的性能。并且针对设计中的流水线效率低的问题，提出改善流水线性能的方案，设计出报文级并行加密解密方案，并且给出了硬件实现VPN的初步方案。实现了单一模块加密速度达到1.16Gbps，单一模块解密速度达到900Mbps，多个模块并行工作加密解密速度达到6.4Gbps。 论文最后给出了总结与展望。目前实现的AESCBC算法，只能通过仿真验证其功能的正确性，还需要下载到芯片上做进一步的验证。要用硬件实现整个IPSec，还要进一步开发基于FPGA的技术。总之，为了适应路由器发展的需求，还有很多技术需要研究。
上传时间： 2013-05-29
上传用户：wangzhen1990
作为一项正在兴起的无线应用服务,无线局域网已在机场、校园、会议室、甚至在家庭都有所应用.它正叩开高速无线数据业务市场的大门.目前,无线局域网仍处于众多标准共存时期.每一标准的背后都有大公司或者大集团的支持.在众多无线局域网协议中IEEE802.11a协议是很有特色的一个,它的优势在于采用了正交频分复用(OFDM)方式来传输数据,该技术可帮助提高速度和改进信号质量,并可克服干扰,因此得到众多关注.为了让这种高速的局域网真正应用到实际中,我们的项目就是要在硬件上实现基于IEEE802.11a协议的OFDM系统的发射机和接收机,而本文的主要工作就是用FPGA实现这个系统的内接收机.内接收机主要包括同步估计和信道估计.但是目前OFDM系统中包括同步、信道编码、信道估计、用户检测、降低峰均比等一些关键技术在具体实现上还存在着一些困难.许多文献对这些关键技术基本停留在理论上的讨论,与具体的实现还存在很大的差距.因此本文通过研究同步和信道估计的多种算法的性能和其实现的复杂度,提出一种适合在IEEE802.11a协议环境下的同步算法和信道估计,用FPGA加以实现.首先本文总结了目前OFDM系统信道估计的算法.在此基础上详细的讨论了基于IEEE802.11a协议的OFDM系统可以采用的信道估计方法:(1)提出了借助训练序列的LS估计法和LS-average估计法,分别在AWGN信道和多径信道对这两种方法进行了比较,证明无论在哪种信道环境下后者性能都要好于前者.为了能够进一步提高信道估计器的性能,在LS-average算法的基础上提出了消噪算法(NRA).(2)提出了借助导频的DFT插值算法.其次本文总结了目前OFDM系统同步的算法.OFDM系统同步包括定时同步和载波同步,其中定时同步又分为符号同步和抽样同步.本文主要是研究定时同步,而载波同步只是简单的讨论,因为在这项目中这是另有负责人.本文针对基于IEEE802.11a协议的OFDM系统把定时同步分为粗定时同步和细定时同步.然后分别对粗定时同步和细定时同步进行了详细的讨论.其中对粗定时同步的方法有:利用短训练序列和利用循环前缀,并对这两种方法进行了比较.对细定时同步是利用导频来跟踪.最后根据前面两章提出的算法所分析的结果,以及突发OFDM系统的信号和信道特征,选取了其中一种信道估计算法和定时同步算法,结合合作伙伴所提出的载波同步算法一起用FPGA实现整个基于IEEE802.11a协议的OFDM系统的内接收机,并分别测试了各个模块的性能以及综合模块的性能.
上传时间： 2013-05-26
上传用户：zhengzg
加密算法一直在信息安全领域起着无可替代的作用,它直接影响着国家的未来和发展.随着密码分析水平、芯片处理能力和计算技术的不断进步,原有的数据加密标准(DES)算法及其变形的安全强度已经难以适应新的安全需要,其实现速度、代码大小和跨平台性均难以继续满足新的应用需求.在未来的20年内,高级加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.高级加密标准算法是采用对称密钥密码实现的分组密码,支持128比特分组长度及128比特、192比特与256比特可变密钥长度.无论在反馈模式还是在非反馈模式中使用AES算法,其软件和硬件对计算环境的适应性强,性能稳定,密钥建立时间优良,密钥灵活性强.存储需求量低,即使在空间有限的环境使用也具备良好的性能.在分析高级加密标准算法原理的基础上,描述了圈变换及密钥扩展的详细编制原理,用硬件描述语言(VHDL)描述了该算法的整体结构和算法流程.详细论述了分组密码的两种运算模式(反馈模式和非反馈模式)下算法多种体系结构的实现原理,重点论述了基本体系结构、循环展开结构、内部流水线结构、外部流水线结构、混合流水线结构及资源共享结构等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基础上,采用自顶向下设计思想,论述了高级加密标准算法的FPGA设计方法,提出了具体模块划分方法并对各个模块的实现进行了详细论述.圈变换采用内部流水线结构,多个圈变换采用资源共享结构,密钥调度与加密运算并行执行.占用芯片面积及引脚资源较少,在芯片选型方面具有很好的适应性.
上传时间： 2013-06-20
上传用户：fairy0212
卷积码是无线通信系统中广泛使用的一种信道编码方式。Viterbi译码算法是一种卷积码的最大似然译码算法，它具有译码效率高、速度快等特点，被认为是卷积码的最佳译码算法。本文的主要内容是在FPGA上实现约束长度为9，码率为1/2，采用软判决方式的Viterbi译码器。 本文首先介绍了卷积码的基本概念，阐述了Viterbi算法的原理，重点讨论了决定Viterbi算法复杂度和译码性能的关键因素，在此基础上设计了采用“串-并”结合运算方式的Viterbi译码器，并在Altera EP1C20 FPGA芯片上测试通过。本文的主要工作如下： 1.对输入数据采用了二比特四电平量化的软判决方式，对欧氏距离的计算方法进行了简化，以便于用硬件电路方式实现。 2.对ACS运算单元采用了“串-并”结合的运算方式，和全并行的设计相比，在满足译码速度的同时，节约了芯片资源。本文中提出了一种路径度量值存储器的组织方式，简化了控制模块的逻辑电路，优化了系统的时序。 3.在幸存路径的选择输出上采用了回溯译码方法，与传统的寄存器交换法相比，减少了寄存器的使用，大大降低了功耗和设计的复杂度。 4.本文中设计了一个仿真平台，采用Modelsim仿真器对设计进行了功能仿真，结果完全正确。同时提出了一种在被测设计内部插入监视器的调试方法，巧妙地利用了Matlab算法仿真程序的输出结果，提高了追踪错误的效率。 5.该设计在Altera EP1C20 FPGA芯片上通过测试，最大运行时钟频率110MHz，最大译码输出速率10.3Mbps。 本文对译码器的综合结果和Altera设计的Viterbi译码器IP核进行了性能比较，比较结果证明本文中设计的Viterbi译码器具有很高的工程实用价值。
上传时间： 2013-07-23
上传用户：叶山豪
ASIC对产品成本和灵活性有一定的要求.基于MCU方式的ASIC具有较高的灵活性和较低的成本,然而抗干扰性和可靠性相对较低,运算速度也受到限制.常规ASIC的硬件具有速度优势和较高的可靠性及抗干扰能力,然而不是灵活性较差,就是成本较高.与传统硬件(CHW)相比,具有一定可配置特性的场可编程门阵列(FPGA)的出现,使建立在可再配置硬件基础上的进化硬件(EHW)成为智能硬件电路设计的一种新方法.作为进化算法和可编程器件技术相结合的产物,可重构FPGA的研究属于EHW的研究范畴,是研究EHW的一种具体的实现方法.论文认为面向分类的专用类可重构FPGA(ASR-FPGA)的研究,可使可重构电路粒度划分的针对性更强、设计更易实现.论文研究的可重构FPGA的BCH通讯纠错码进化电路是一类ASR-FPGA电路的具体方法,具有一定的实用价值.论文所做的工作主要包括:(1)BCH编译码电路的设计——求取实验用BCH码的生成多项式和校验多项式及其相应的矩阵并构造实验用BCH码;(2)建立基于可重构FPGA的基核——构造具有可重构特性的硬件功能单元,以此作为可重构BCH码电路的设计基础;(3)构造实现可重构BCH纠错码电路的方法——建立可重构纠错码硬件电路算法并进行实验验证;(4)在可重构纠错码电路基础上,构造进化硬件控制功能块的结构,完成各进化RLA控制模块的验证和实现.课题是将可重构BCH码的编译码电路的实现作为一类ASR-FPGA的研究目标,主要成果是根据可编程逻辑电路的特点,选择一种可编程树的电路模型,并将它作为可重构FPGA电路的基核T;通过对循环BCH纠错码的构造原理和电路结构的研究,将基核模型扩展为能满足纠错码电路需要的纠错码基本功能单元T;以T作为再划分的基本单元,对FPGA进行"格式化",使T规则排列在FPGA上,通过对T的控制端的不同配置来实现纠错码的各个功能单元;在可重构基核的基础上提出了纠错码重构电路的嵌套式GA理论模型,将嵌套式GA的染色体串作为进化硬件描述语言,通过转换为相应的VHDL语言描述以实现硬件电路;采用RLA模型的有限状态机FSM方式实现了可重构纠错码电路的EHW的各个控制功能块.在实验方面,利用Xilinx FPGA开发系统中的VHDL语言和电路图相结合的设计方法建立了循环纠错码基核单元的可重构模型,进行循环纠错BCH码的电路和功能仿真,在Xilinx公司的Virtex600E芯片进行了FPGA实现.课题在研究模型上选取的是比较基本的BCH纠错码电路,立足于解决基于可重构FPGA核的设计的基本问题.课题的研究成果及其总结的一套ASR-FPGA进化硬件电路的设计方法对实际的进化硬件设计具有一定的实际指导意义,提出的基于专用类基核FPGA电路结构的研究方法为新型进化硬件的器件结构的设计也可提供一种借鉴.
上传时间： 2013-07-01
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