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： 2013-08-01
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随着Internet的不断发展，人们希望日常生活中所用到的嵌入式设备都能够很方便地实现Intemet接入，这对嵌入式系统设计提出了新的挑战，要求低成本、多功能、高性能。这些是目前嵌入式系统设计的热点。 可编程逻辑器件FPGA在过去的几十年中取得了飞速发展，从最初的几千门到现在的几百万门，可靠性与集成度不断提高，而功耗和成本却在不断降低，具有很高的性价比。再加上开发周期短、对开发人员的要求相对较低的优点，因此被大量应用于嵌入式系统设计中。 本文是基于FPGA高性价比、可灵活配置的特点，也是当前流行的“微控制器+FPGA”的嵌入式系统设计方式，所以我们提出了基于FPGA的实现方案。本文通过在FPGA中硬件实现嵌入式TCP/IP协议(包括UDP、IP、ARP、TCP等网络协议)以及以太网MAC协议，并提供标准MII接口，通过外接PHY实现网络连接。最终成功地通过了验证。 基于FPGA的实现可以有效地降低成本，同时可以在其中集成其他功能模块，提高整个系统的集成度，减小PCB版图面积和布线复杂度，有利于提高系统可靠性。因此，本研究课题对嵌入式系统设计有很大的实用价值。
上传时间： 2013-04-24
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随着图像分辨率的越来越高，软件实现的图像处理无法满足实时性的需求；同时FPGA等可编程器件的快速发展使得硬件实现图像处理变得可行。如今基于FPGA的图像处理研究成为了国内外的一个热门领域。 本文在FPGA平台上，用Verilog HDL实现了一个研究图像处理算法的可重复配置的硬件模块架构，架构包括PC机预处理和通信软件，控制模块，计算单元，存储器模块和通信适配模块五个部分。其中的计算模块负责具体算法的实现，根据不同的图像处理算法可以独立实现。架构为计算模块实现了一个可添加、移出接口，不同的算法设计只要符合该接口就可以方便的加入到模块架构中来进行调试和运行。 在硬件架构的基础上本文实现了排序滤波，中值滤波，卷积运算及高斯滤波，形态学算子运算等经典的图像处理算法。讨论了FPGA的图像处理算法的设计方法及优化策略，通过性能分析，FPGA实现图像处理在时间上比软件处理有了很大的提高；通过结果的比较，发现FPGA的处理结果达到了软件处理几乎同等的效果水平。最后本文在实现较大图片处理和图像处理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的讨论和改进，提高了算法的可用性，同时为进一步的研究提供了更加便利的平台。 整个设计都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真软件环境下开发的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平台上实现。在软件仿真过程中利用了ISE8.2自带仿真工具和ModelSim结合使用。 本课题为制造FPGA的专用图像处理芯片做了有益的探索性研究，为实现FPGA为核心处理芯片的实时图像处理系统有着积极的作用。
上传时间： 2013-07-29
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用，视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时，FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合，设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统，系统利用时分复用和无损压缩技术，采用串行数字视频传输的方式，可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时，确定了基于FPGA的设计方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换，在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码，利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法，用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据，光纤线路码采用CIMT码，设计了编解码模块，解码过程中，利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步，在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真，并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作，实验证明，系统工作稳定，图像清晰，实时传输效果好，可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现，利用FPGA的并行处理优势，大大提高了系统的处理速度，使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间： 2013-06-27
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转矩的测量对各种机械产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全和优化控制等工作有重要的意义。现有的转矩传感器一般结构复杂，制造安装困难。本文介绍了一种结构简单，测量精度高的新型转矩传感器——基于FPGA和单片机的光栅转矩传感器。 本文主要工作包括： 1、介绍了当前转矩传感器的发展现状，分析了各种类型转矩传感器的特点和存在的不足。 2、介绍了光栅转矩传感器的工作原理，将光栅输出的光电信号转换成矩形波信号，通过分析旋转轴的各种运动对光电输出信号的影响，得知两路矩形波信号的相位与扭转角的关系，从而得到系统测量方案，并推导出具体的测量计算公式。 3、构建了系统实验平台，主要由被测量主轴、光栅对机构、光电装置座三个部分构成。 4、基于现场可编程门阵列(FPGA)和单片机，完成系统硬件电路及软件设计。 5、根据动态测量数据的时变性、随机性、相关性和动态性等，研究了动态测量数据的处理方法。 6、对系统调试和实验。采取先对各个单元模块独立调试与实验的方法，对每个单元电路的性能进行分析处理，然后进行联合调试与实验，并对传感器进行标定。 7、对系统误差进行分析，并提出了改进措施。
上传时间： 2013-06-19
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随着信息技术的发展，数字信号的采集与处理在科学研究、工业生产、航空航天、医疗卫生等部门得到越来越广泛的应用，这些应用中对数字信号的传输速度提出了比较高的要求。传统的基于ISA总线的信号传输效率低，严重制约着系统性能的提高。 PCI总线以其高性能、低成本、开放性、软件兼容性等众多优点成为当今最流行的计算机局部总线。但是，由于PCI总线硬件接口复杂、不易于接入、协议规范比较繁琐等缺点，常常需要专用的接口芯片作为桥接，为了解决这一系列问题，本文提出了一种基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的实现方案，支持PCI突发访问方式，突发长度为8至128个双字长度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量为6000个逻辑宏单元，速度为-8，编译后系统速度可以达到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的核心是PCI接口模块。在硬件方面，特别讨论了PCI接口模块、地址转换模块、数据缓冲模块、外部接口模块和SRAM DMA控制模块等五个功能模块的设计方案和硬件电路实现方法，着重分析了PCI接口模块的数据传输方式，采用模块化的方法设计了内部控制逻辑，并进行了相关的时序仿真和逻辑验证，硬件需要软件的配合才能实现其功能，因此设备驱动程序的设计是一个重要部分，论文研究了Windows XP体系结构下的WDM驱动模式的组成、开发设备驱动程序的工具以及开发系统实际硬件的设备驱动程序时的一些关键技术。 本文最后利用基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑中的关键技术，对PCI数据采集卡进行了整体方案的设计。该系统采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA实现。
上传时间： 2013-07-24
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随着交通工具的迅猛发展，智能交通系统(Intelligent TransportationSystems，简称ITS)在交通管理中受到广泛的关注。而在ITS中，车牌识别(LicensePlate Recognition，简称LPR)是其核心技术。车牌识别系统主要由数据采集和车牌识别算法两个部分组成。由于车牌清晰程度、摄像机性能、气候条件等因素的影响，牌照中的字符可能出现不清楚、扭曲、缺损或污迹干扰，这都给识别造成一定难度。因此，在复杂背景中快速准确地进行车牌定位成为车牌识别系统的难点。 本文研究和设计了一种集图象采集，图象识别，图象传输等于一体的实时嵌入式系统。该平台包括硬件系统设计与应用程序开发两个方面，充分利用TI公司的C6000系列DSP强大的并行运算能力、以及FPGA的灵活时序逻辑控制技术，从硬件方面实现系统的高速运行。 本文的主要工作有两部分组成，具体如下： (1) 在硬件设计方面：实现由A/D、电源、FPGA、DSP以及SDRAM和FLASH所组成的车牌识别系统；设计并完成系统的原理图和印制板图；完成电路板调试，以及完成FPGA．在高速图像采集中的veriIog应用程序开发。 (2) 在软件开发方面：完成Philips公司的SAA7113H的配置代码开发，以及DSP底层的部分驱动程序开发。 该系统能够实现25帧每秒的数字视频流图像数据的输出，并由FPGA负责完成一幅720×572数据量的图像采集。DSP负责系统的嵌入式操作，包括系统的控制和车牌识别算法的实现。 目前，嵌入式车牌识别系统硬件平台已经搭建成功，系统软件代码程序也已经开发完成。本系统能够实现高速图像采集、嵌入式操作与车牌识别算法、UART数据通信等功能，具有速度快、稳定性高、体积小、功耗低等特点，为车牌识别算法提供一个较好的验证平台。
上传时间： 2013-04-24
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在数字电视系统中，MPEG-2编码复用器是系统传输的核心环节，所有的节目、数据以及各种增值服务都是通过复用打包成传输流传输出去。目前，只有少数公司掌握复用器的核心算法技术，能够采用MPEG-2可变码率统计复用方法提高带宽利用率，保证高质量图像传输。由于目前正处广播电视全面向数字化过渡期间，市场潜力巨大，因此对复用器的研究开发非常重要。本文针对复用器及其接口技术进行研究并设计出成形产品。 文中首先对MPEG-2标准及NIOS Ⅱ软核进行分析。重点研究了复用器中的部分关键技术：PSI信息提取及重构算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校验算法，给出了实现方法，并通过了硬件验证。然后对复用器中主要用到的AsI接口和DS3接口进行了分析与研究，给出了设计方法，并通过了硬件验证。 本文的主要工作如下： ●首先对复用器整体功能进行详细分析，并划分软硬件各自需要完成的功能。给出复用器的整体方案以及ASI接口和DS3接口设计方案。 ●在FPGA上采用c语言实现了PSI信息提取与重构算法。 ●给出了实现快速的PID映射方法，并根据FPGA特点给出一种新的PID映射方法，减少了逻辑资源的使用，提高了稳定性。 ●采用Verilog设计了SI信息提取与重构的硬件平台，并用c语言实现了SDT表的提取与重构算法，在FPGA中成功实现了动态分配内存空间。 ●在FPGA上实现了．ASI接口，主要分析了位同步的实现过程，实现了一种新的快速实现字节同步的设计。 ●在FPGA上实现了DS3接口，提出并实现了一种兼容式DS3接口设计。并对帧同步设计进行改进。 ●完成部分PCB版图设计，并进行调试监测。 本复用器设计最大特点是将软件设计和硬件设计进行合理划分，硬件平台及接口采用Verilog语言实现，PSI信息算法主要采用c语言实现。这种软硬件的划分使系统设计更加灵活，且软件设计与硬件设计可同时进行，极大的提高了工作效率。 整个项目设计采用verilog和c两种语言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE两种设计平台下设计实现。根据此方案已经开发出两台带有ASI和DS3接口的数字电视TS流复用器，经测试达到了预期的性能和技术指标。
上传时间： 2013-08-03
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基于FPGA的智能小车系统就是本地计算机通过接入Internet小车实现对远端工作现场、危险工作地段等特殊环境进行监视和控制的系统。智能小车是智能行走机器人的一种，这种智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响，可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务。适用于国防及民用多个领域。整个系统以遥控小车装置为基础，通过配置在上面的摄像头实现图像的采集及对行车道的检测，通过配置的红外测温仪探测环境和目标的温度，具有一定的智能性。其明显的优点是可以通过网络远程控制小车运行及采集现场的温度、图像等相关信息，完成人类在特定条件下无法完成的工作。对人类的科学研究、探索未知领域、远程监控等有着重要的意义。 论文在深入研究SOPC和嵌入式操作系统的基础上，提出了基于FPGA的智能小车远程监控方案。采用FPGA来实现，可以充分利用现有的IP核，功能扩展容易，设计开发成本低，上市时间快，修改方便，甚至可以远程重构系统。与单片机相比，集成度高，可靠性好，调试和维护方便。 论文主要内容包括以下几个部分：在对智能小车功能分析的基础上，设计了硬件系统，并在FPGA上构建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系统，配置了SPI、串行口和以太网接口模块和驱动程序，以及各种存储器。移植了μClinux操作系统，配置嵌入式Web服务器，编写CGI程序，设计了动态网页；并对行车道检测系统进行了研究，在DSP Builder中构建了该模块，并在Matlab中进行了仿真。在研究数码相机模块和红外测温模块的基础上，编写了图像采集和温度测量程序以及小车运动控制程序，并对系统进行了调试，初步达到通过Internet实现远程监控的目的。
上传时间： 2013-05-24
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FPGA(Field Programmable Gate Arrays)是目前广泛使用的一种可编程器件，FPGA的出现使得ASIC(Application Specific Integrated Circuits)产品的上市周期大大缩短，并且节省了大量的开发成本。目前FPGA的功能越来越强大，满足了目前集成电路发展的新需求，但是其结构同益复杂，规模也越来越大，内部资源的种类也R益丰富，但同时也给测试带来了困难，FPGA的发展对测试的要求越来越高，对FPGA测试的研究也就显得异常重要。 本文的主要工作是提出一种开关盒布线资源的可测性设计，通过在FPGA内部加入一条移位寄存器链对开关盒进行配置编程，使得开关盒布线资源测试时间和测试成本减少了99％以上，而且所增加的芯片面积仅仅在5％左右，增加的逻辑资源对FPGA芯片的使用不会造成任何影响，这种方案采用了小规模电路进行了验证，取得了很好的结果，是一种可行的测试方案。 本文的另一工作是采用一种FPGA逻辑资源的测试算法对自主研发的FPGA芯片FDP250K的逻辑资源进行了严格、充分的测试，从FPGA最小的逻辑单元LC开始，首先得到一个LC的测试配置，再结合SLICE内部两个LC的连接关系得到一个SLICE逻辑单元的4种测试配置，并且采用阵列化的测试方案，同时测试芯片内部所有的逻辑单元，使得FPGA内部的逻辑资源得完全充分的测试，测试的故障覆盖率可达100％，测试配置由配套编程工具产生，测试取得了完满的结果。
上传时间： 2013-06-11
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