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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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。
上传时间： 2013-07-21
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本文以“机车车辆轮对动态检测装置”为研究背景，以改进提升装置性能为目标，研究在Altera公司的FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片Cyclone上实现图像采集控制、图像处理算法、JPEG(Joint Photographic Expert Group)压缩编码标准的基本系统。本文使用硬件描述语言Verilog，以RedLogic的RVDK开发板作为硬件平台，在开发工具OUARTUS2 6.0和MODELSIM SE 6.1B环境中完成软核的设计与仿真验证。 数据采集部分完成的功能是将由模拟摄像机拍摄到的图像信号进行数字化，然后从数据流中提取有效数据，加以适当裁剪，最后将奇偶场图像数据合并成帧，存储到存储器中。数字化及码流产生的功能由SAA7113芯片完成，由FPGA对SAA7113芯片初始化设置、控制，并对数字化后的数据进行操作。 图像处理算法部分考虑到实时性与算法复杂度等因素，从装置的图像处理流程中有选择性地实现了直方图均衡化、中值滤波与边缘检测三种图像处理算法。 压缩编码部分依据JPEG标准基本系统顺序编码模式，在FPGA上实现了DCT(Discrete Cosine Transform)变换、量化、Zig-Zag扫描、直流系数DPCM(Differential Pulse Code Modulation)编码、交流系数RLC(Run Length code)编码、霍夫曼编码等主要步骤，最后用实际的图像数据块对系统进行了验证。
上传时间： 2013-04-24
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随着 EDA 技术及微电子技术的飞速发展，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA的设计水平也达到了一个新的高度。基于FPGA的嵌入式系统设计为现代电子产品设计带来了更大的灵活性，以Nios Ⅱ软核处理器为核心的SOPC(System on Programmable Chip)系统便是把嵌入式系统应用在FPGA上的典型例子，本文设计的指纹识别模块就是基于FPGA的Nios Ⅱ处理器为核心的SOPC设计。通过IP核技术和灵活的软硬件编程，实现Nios Ⅱ对FPGA外围器件的控制，并对指纹处理算法进行了改进，研究了指纹识别算法到Nios Ⅱ系统的移植。 本文首先阐述了指纹识别模块的SOPC设计方案，然后是对模块的详细设计。在硬件方面，完成了指纹识别模块的 FPGA 硬件设计，包括 FPGA 内部的Nios Ⅱ系统硬件设计和 FPGA 外围电路设计。前者利用 SOPC Builder将Nios Ⅱ处理器、指纹读取接口 UART、键盘与LCD显示接口、FLASH接口、SDRAM控制器构建成NiosⅡ硬件系统，后者是电源和时钟电路、SDRAM存储器电路、FLASH存储器电路、LCD显示电路、指纹传感器电路、FPGA 配置电路这些纯实物硬件设计，给出了设计方法和电路连接图。 在软件方面，包括下面两个内容： 完成 FPGA 外围器件程序设计，实现对外围器件的操作。 深入的研究了指纹识别算法。对指纹图像识别算法中的指纹图像滤波和匹配算法进行了分析，提出了指纹图像增强改进算法和匹配改进算法，通过试验，改进后的指纹图像滤波算法取得了较好的指纹图像增强效果。改进后的匹配算法速度较快，误识率较低。最后研究了指纹识别算法如何在FPGA中的Nios Ⅱ系统的实现。
上传时间： 2013-06-12
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JPEG是联合图像专家组(Joint Picture Expert Group)的英文缩写，是国际标准化组织(ISO)和CCITT联合制定的静态图像压缩编码标准。JPEG的基于DCT变换有损压缩具有高压缩比特点，被广泛应用在数据量极大的多媒体以及带宽资源宝贵的网络程序中。 动态图像的JPEG编解码处理要求图像恢复质量高、实时性强，本课题就是针对这两个方面的要求展开的研究。该系统由图像编码服务器端和图像解码客户端组成。其中，服务器端实时采集摄像头传送的动态图像，进行JPEG编码，通过网络传送码流到客户端；客户端接收码流，经过JPEG解码，恢复出原始图像送VGA显示。设计结果完全达到了实时性的要求。 本文从系统实现的角度出发，首先分析了系统开发平台，介绍FPGA的结构特点以及它的设计流程和指导原则；然后从JPEG图像压缩技术发展的历程出发，分析JPEG标准实现高压缩比高质量图像处理的原理；针对FPGA在算法实现上的特点，以及JPEG算法处理的原理，按照编码和解码顺序，研究设计了基于改进的DA算法的FDCT和IDCT变换，以及按发生频率进行优化的霍夫曼查找表结构，并且从系统整体上对JPEG编解码进行简化，以提高系统的处理性能。最后，通过分析Nios嵌入式微处理器可定制特性，根据SOPC Builder中Avalon总线的要求，把图像采集，JPEG图像压缩和网络传输转变成用户自定义模块，在SOPC Builder下把用户自定义模块添加到系统中，由Nios嵌入式软核的控制下运行，在FPGA芯片上实现整个JPEG实时图像编解码系统(soc)。 在FPGA上实现硬件模块化的JPEG算法，具有造价低功耗低，性能稳定，图像恢复后质量高等优点，适用于精度要求高且需要对图像进行逐帧处理的远程微小目标识别和跟踪系统中以及广电系统中前期的非线性编辑工作以及数字电影的动画特技制作，对降低成本和提高图像处理速度两方面都有非常重大的现实意义。通过在FPGA上实现JPEG编解码，进一步探索FPGA在数字图像处理上的优势所在，深入了解进行此类硬件模块设计的技术特点，是本课题的重要学术意义所在。
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： 2013-06-10
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该论文基于NIOS Ⅱ软核处理器和Altera的FPGA技术，设计了一种便携式的振动频谱分析仪，用于旋转机械的故障监测和诊断。以SOPC技术为手段，将信号采集和信号处理电路通过可编程片上系统来实现，其特点是将对ADC的控制、数字信号的滤波、快速傅立叶变换的设计，通过FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ来完成32位CPU的状态控制功能。工程机械、汽车车辆中都存在诸如发动机类的旋转机械，这类设备的异常振动往往会影响正常工作，严重时还会出现各种重大事故，该分析仪可以实时地或定期地对发动机、齿轮箱等旋转机械进行振动频谱分析和监测，运用于民用机械能产生非常好的经济效益。 该论文从四个方面进行了研究工作。其一，利用FPGA对ADC芯片的工作进行控制，使其在规定的时间内与DSP模块进行数据交换，并对ADC各引脚时序进行控制，使两者协调同步工作，编制了相应的VHDL语言程序。其二，采用SOPC Builder设计开发，实现了基于NIOS Ⅱ的32位CPU软核，创建了相应的C/C++和汇编的宏代码，使得软件可以访问用户自定义逻辑。对顶层设计产生的VHDL的RTL代码和仿真文件进行了综合、编译适配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的强大功能进行DSP模块设计，开发出了FIR和FFT等功能模块，并且添加到SOPC系统中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的调用。其四，在NIOS Ⅱ系统中添加了uC/OS Ⅱ操作系统，提高了整个系统的稳定性，并且降低了开发难度，提高了系统升级的能力。由于整个设计是基于FPGA开发的，所以该系统包括了所有FPGA系统的特点，包括并行的DSP处理、在系统可编程、升级简单等特点，极易使设计产品化。
上传时间： 2013-04-24
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汽车工业在国民经济增长中发挥着越来越重要的作用。近几年，虽然我国的汽车工业已经得到了飞速的发展，但汽车ECU(Electronic Control Unit)的设计制造一直无法实现国产化，严重制约了汽车工业的发展。针对这个现状，本课题对于ECU的设计进行了初步研究。首次尝试了基于SOPC技术的ECU系统设计，并利用dSPACE实时仿真发动机，完成了ECU的硬件在回路仿真，对控制效果进行了测试和分析。 目前，市场上的ECU系统都是基于专用单片机的。本文首先对现有的汽车发动机控制器结构进行了分析比较，总结出ECU的主要组成部件；而后通过各类方案的对比，确定了本课题采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ软核的SOPC技术方案。 之后，进行了汽车发动机模型搭建和控制算法的设计。发动机模型以Hendricks提出的均值模型为基础，参考mathworks公司的发动机建模方案进行设计。并在该模型基础上，参考Fekete提出的针对多缸发动机的基于模型的空燃比控制策略和mathworks发动机控制方案，建立了以控制空燃比为核心的发动机喷油控制算法。并通过simulink的仿真，验证了模型和算法的合理有效性。 基于系统设计总体方案，完成了ECU硬件电路设计，并在该系统中完成了上述算法的移植和优化。最后，利用dSPACE实时仿真发动机，进行ECU的硬件在回路仿真，对本文设计的ECU系统进行了测试。证实了该ECU方案在空燃比控制方面取得了较好的效果。 本论文以大量的图示形式介绍了发动机模型和系统软硬件设计，使得系统结构和软件流程等一目了然，浅显易懂。同时论文中采用的基于SOPC技术的ECU设计具有一定创新性，对于其他ECU系统的开发和设计具有一定指导意义。
上传时间： 2013-07-11
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随着科学技术的发展，指纹识别技术被广泛应用到各种不同的领域。对于一般的指纹识别系统，其设计要求具有很高的实时性和易用性，因此识别算法应该具有较低的复杂度，较快的运算速度，从而满足实时性的要求。所以有必要根据不同的识别算法采用不同的实现平台，使得指纹识别系统具有较高的可靠性、实时性、有效性等性能要求。 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，可以将它嵌入到FPGA内部，与用户自定义逻辑组建成一个基于FPGA的片上专用系统。 本文在综合考虑各种应用情况的基础上，以网络技术、数据库技术、指纹识别技术和嵌入式系统技术为理论基础，提出了一种有效可行的系统架构方案。对指纹识别技术中各个环节的算法和原理进行了深入研究，合理的改进了部分指纹识别算法；同时为了提高系统的实时性，采用NiosⅡ嵌入式处理器和FPGA硬件模块实现指纹图像处理主要算法。论文主要包括以下几个方面： 1、对指纹图像预处理、特征提取和特征匹配算法原理进行阐述，同时改进了指纹图像的细化算法，提高了算法的性能，并设计了一套实用的指纹特征数据结构； 2、针对指纹图像预处理模块，包括图像的归一化、频率提取、方向提取以及方向滤波，采用基于FPGA的硬件电路的方式实现。实验结果表明，在保证系统误识率较低、可靠性高的基础上，大大提高了系统的执行速度； 3、改变了传统的单枚指纹识别方法，提出采用多枚指纹唯一标识身份，大大降低了识别系统的误识率； 4、改进了传统的基于三角形匹配中获取基准点的方法，同时结合可变界限盒思想进行指纹特征匹配。 5、结合COM+技术、数据库技术和网络技术，开发了后台指纹特征匹配服务系统，实现了嵌入式指纹识别系统同数据库的实时信息交换。 实验结果表明，本文所提出的系统构架方案有效可行，基于FPGA的自动指纹识别系统在速度、功耗、扩展性等方面具有独特的优势，拥有广阔的发展前景。
上传时间： 2013-04-24
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本文研究了基于Nios Ⅱ的FPGA-CPU调试技术。论文研究了NiosⅡ嵌入式软核处理器的特性；实现了以Nios Ⅱ嵌入式处理器为核心的FPGA-CPU调试系统的软、硬件设计；对两种不同类型的FPGA-CPU进行了实际调试，对实验数据进行了分析。 在硬件方面，为了控制和检测FPGA-CPU，设计并实现了FPGA-CPU的控制电路、FPGA-CPU的内部通用寄存器组扫描电路、存储器电路等；完成了各种外围设备接口的设计；实现了调试系统的整体设计。 在软件方面，设计了调试监控软件，完成了对FPGA-CPU运行的控制和信号状态的监测。这些信号包括地址和数据总线以及各种寄存器的数据等；实现了多种模式下的FPGA-CPU调试支持单时钟调试、单步调试和软件断点多种调试模式。此外，设计了专用的编译软件，实现了基于不同指令系统的伪汇编程序编译，提高了调试效率。 本文作者在实现了FPGA-CPU调试系统基础上，对两种指令系统不同、结构迥异的FPGA-CPU进行实际调试。调试结果表明，这种基于IP核的可复用设计技术，能够在一个FPGA芯片内实现调试系统和FPGA-CPU的无缝连接，能够有效地调试FPGA-CPU。
上传时间： 2013-05-19
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