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FPGA控制

  • 二维离散小波变换的FPGA实现

    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。

    标签: FPGA 二维 离散小 波变换

    上传时间: 2013-07-25

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  • 基于DSP和FPGA的自动指纹识别系统硬件设计与实现

    随着计算机与信息技术的发展,生物特征识别技术受到了广泛的关注。指纹识别是生物特征识别中的一项重要内容,一直以来是国内外的研究热点。 嵌入式自动指纹识别是指指纹识别技术在嵌入式系统上的应用。传统的嵌入式自动指纹识别系统多采用单片DSP或MIPS处理器来完成算法,由于DSP或MIPS处理器只能根据程序顺序执行,在指纹匹配过程中只能和整个库中的指纹进行一一匹配,因此这类系统在处理较大指纹库时下匹配时间相当长。为了克服这个缺点,本文构建了浮点DSP和FPGA协同处理构架的硬件平台,充分利用DSP在计算上的精确度和FPGA并行处理的特点,由DSP和FPGA共同处理匹配算法。 本文的主要工作如下: 1.设计了一个硬件系统,包括DSP处理器、FPGA、指纹传感器、人机交互接口和USB1.1接口。同时,还设计了各硬件模块的驱动程序,为应用程序提供控制接口。由于系统中DSP工作频率为300MHz,其中某些器件的工作频率达到了100MHz,因此本文还给出了一些信号完整性分析和PCB设计经验。 2.编写了Verilog程序,在FPGA中实现了9路指纹的并行匹配。由于FPGA本身的局限性,实现原有匹配算法有很大困难。在简化原有匹配算法的基础上本文提出了便于FPGA实现“粗匹配”算法。此外,还设计了用于和DSP通信的接口模块设计。 3.完成了系统应用程序设计。在使用uC/OS-Ⅱ实时操作系统的基础上设计了各系统任务,通过调用驱动程序控制和协调各硬件模块,实现了自动指纹识别功能。为了便于存放指纹特征信息,设计了指纹库数据结构,实现了指纹库添加、删除、编辑的功能。 最终,本系统实现了高效、快速的进行指纹识别,各模块工作稳定。同时,模块化的软硬件设计使本系统便于进行二次开发,快速应用于各种场合。

    标签: FPGA DSP 自动 指纹识别系统

    上传时间: 2013-06-05

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  • 基于FPGA的8位增强型CPU设计与验证

    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。

    标签: FPGA CPU 8位 增强型

    上传时间: 2013-04-24

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  • JTAG边界扫描在FPGA中的应用及电路设计

    边界扫描技术是一种应用于数字集成电路器件的标准化可测试性设计方法,它提供了对电路板上元件的功能、互连及相互间影响进行测试的一种新方案,极大地方便了系统电路的测试。本文基于IEEE 1149.1标准剖析了JTAG边界扫描测试的精髓,分析了其组成,功能与时序控制等关键技术。 应用在FPGA芯片中的边界扫描电路侧重于电路板级测试,兼顾芯片功能测试,同时提供JTAG下载方式。针对在FPGA芯片中的应用特点,设计了一种边界扫描电路,应用于自行设计的FPGA结构之中。除了基本的测试功能外,加入了对FPGA芯片进行配置、回读以及用户自定义测试等功能。 通过仿真验证,所设计的边界扫描电路可实现FPGA芯片的测试、配置和回读等功能,并符合IEEE 11491.1边界扫描标准的规定,达到设计要求。

    标签: JTAG FPGA 边界扫描 中的应用

    上传时间: 2013-04-24

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  • LDPC码译码器FPGA实现研究

    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。

    标签: LDPC FPGA 译码器 实现研究

    上传时间: 2013-04-24

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  • LPC总线接口UART控制器FPGA实现

    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。

    标签: FPGA UART LPC 总线接口

    上传时间: 2013-05-21

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  • 机器人运动控制卡的研究

    本论文对DSP和FPGA在交流伺服电机控制系统中的应用进行了详细的设计,并完成了系统的规划。论文完成的设计任务主要有:1、根据系统要求,详细分析了运动控制系统,给出了运动控制系统的总体设计,提出了一套对已有外围设备适用的设计方案。2、根据实际情况,提出了简单易于实现、实时性好的轨迹插补算法,并给出了插补算法的软件设计,并在DSP中得以实现。3、使用汇编语言进行软件设计,完成了运动控制卡中由DSP完成的运动控制任务,即在插补计算的同时完成加减速控制和三轴联动的协调控制,以及其后的脉冲分配数的计算。4、根据系统运动要求,使用FPGA芯片设计了可连续发送均匀分布脉冲的脉冲分配器,实现对交流伺服系统发送运动控制指令。并给出了VHDL在FPGA中的软件实现。

    标签: 机器人 运动控制卡

    上传时间: 2013-04-24

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  • 基于FPGA的32位RISC处理器设计与实现

    随着SOC技术、IP技术以及集成电路技术的发展,RISC软核处理器的研究与开发设计开始受到了人们的重视。基于FPGA的RISC软核处理器在各个行业开始得到了广泛的应用,特别是在一些基于FPGA的嵌入式系统中有着越来越广泛的应用前景。 该论文在研究了大量国内外技术文献的基础上,总结了RISC处理器发展的现状与水平。认真分析了RISC处理器的基本结构,包括总线结构,流水线处理的原理,以及流水线数据通路和流水线控制的原理;并详细分析了该设计采用的指令集——MIPS指令集的内在结构。设计出了一个32位RISC软核处理器,这个软核处理器采用五级流水线结构,能完成加法、减法、逻辑与、逻辑或、左移右移等算术逻辑操作,以及它们的组合操作。通过软件仿真和在Altera的FPGA开发板上进行验证,证明了所设计的32位RISC处理器能准确的执行所选用的MIPS指令集,运行速度能达到30MHz,功能良好。 通过对所设计对象特点及其可行性的研究,选用了Altera公司QuartusⅡ软件作为设计与仿真验证的环境。在设计方法上,该课题采用了自顶向下的设计方法。在设计过程中采用了边设计边验证这种设计与验证相结合的设计流程,大大提高了设计的可靠性。该课题在设计过程中还提出了两个有效的设计思路:第一是在32位寄存器的设计中利用FPGA的内部RAM资源来设计,减少了传输延时,提高了运行速度,并大大减少了对FPGA内部资源的占用;第二是在系统架构上采用了柔性化的设计方法,使得设计可以根据实际的需求适当的增减相应的部件,以达到需求与性能的统一。这两个方法都有效地解决了设计中出现的问题,提高了处理器的性能。

    标签: FPGA RISC 处理器

    上传时间: 2013-07-21

    上传用户:caozhizhi

  • TDSCDMA频点拉远系统的FPGA设计与实现

    随着TD—SCDMA技术的不断发展,TD—SCDMA系统产品也逐步成熟并随之完善。产品家族日益丰富,室内型宏基站、室外型宏基站、分布式基站(BBU+RRU)、微基站等系列化基站产品逐步问世,可以满足不同场景的建网需求。而分布式基站(BBU+RRU)越来越多地受到业界的关注和重视。 本文主要从TD—SCDMA频点拉远系统(RRU)和软件无线电技术的发展入手,重点研究TD—SCDMA频点拉远系统的FPGA设计与实现。TD—SCDMA通信系统通过灵活分配不同的上下行时隙,实现业务的不对称性,但是多路数字中频所构成的系统成本高和控制的复杂性,以及TDD双工模式下,系统的峰均比随时隙数增加而增加,对整个频点拉远系统的前端放大器线性输入提出了很高的要求。TD—SCDMA系统使用软件无线电平台,一方面软件算法可以有效保证时隙分配的准确性,保证对前端控制器的开关控制,以及对上下行功率读取计算和子帧的灵活提取,另一方面灵活的DUC/CFR算法可以有效的提高频带利用率和抗干扰能力,有效的控制TDD系统的峰均比,有效降低系统对前端放大器线性输出能力的要求。 本文主要研究软件无线电中DUC和CFR的关键技术以及FPGA实现,DUC主要由3倍FIR内插成型滤波器、2倍插值补偿滤波器以及5级CIC滤波器级联组成;而CFR主要采用类似基带削峰的加窗滤波的中频削峰算法,可以降低相邻信道的溢出,更有效的降低CF值。将DUC/CFR以单片FPGA实现,能很好提高RRU性能,减少其硬件结构,降低成本,降低功耗,增加外部环境的稳定性。

    标签: TDSCDMA FPGA 频点

    上传时间: 2013-04-24

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  • Turbo码编译器FPGA设计与实现

    1993年,Turbo码的提出,以其接近Shannon极限的优异的性能在编码界引起了轰动,并成为研究的热点。随着研究的不断深入和技术的发展,目前,Turbo码已经应用到很多实际通信系统中。同时,如何实现Turbo码编译码器成为了人们研究的重点。 论文以基于FPGA实现Turbo码编译码器为研究目标,首先分析了Turbo码的基本编译码原理和3GPP标准的Turbo码编码结构。然后分析了MAP译码算法,Log-MAP译码算法和Max-Log-MAP译码算法,接着仔细分析了对系统性能影响的各个参数并逐一进行选择,最后对各个选择的系统进行仿真,对仿真的结果进行比较论证,确定满足系统性能要求的各个参数。 论文在系统仿真分析论证的基础之上,进行了Turbo码编码器的设计实现和硬件测试,选择Max-Log-MAP译码算法进行了Turbo码译码器的FPGA设计实现和硬件测试。最后完成整个通信系统的搭建和调试。主要针对FPGA实现的数据量化、定点数据表示方式、Max-Log-MAP算法子译码器关键运算单元的FPGA设计和译码的时序控制进行了深入研究,完成了固定译码长度的Turbo码译码器的FPGA设计实现,并利用ModelSim和MATLAB分别对译码器进行了时序功能验证和FPGA定点仿真测试。

    标签: Turbo FPGA 编译器

    上传时间: 2013-05-30

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