本文的目的就是研究如何应用FPGA这种大规模的可编程逻辑器件实现CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）数字图像的实时采集及预处理。基于对实时图像处理系统的研究与设计，本文主要研究工作及成果如下： 1.本论文详细的介绍了图像采集卡的结构和基本工作原理。同时，针对高分辨率的CCD摄像机，探讨了有关点目标与CCD像元一一对应的图像采集及其硬件和软件设计方法。 2.本文分析了星图中弱小目标、噪声以及背景的特点，给出了点目标的场景图像的数学模型及复杂背景下点目标检测的预处理方法。针对星图灰度分布的特点，采用高斯低通滤波算法和高通滤波算法对星图进行预处理，同时还对图像扫描聚类算法进行了研究与分析。 3.数字信号处理器常常因为在复杂性、运算速度等方面的限制，难以实时的实现复杂的检测算法。本文采用FPGA技术，实现了复杂背景下弱点目标的预处理算法，解决了计算、数据缓冲和存储操作协调一致的问题，同时采用并行高密度加法器和流水线的工作方式，使整个系统的数据交换和处理速度得以很大的提高，合理的解决了资源和速度之间的相互制约问题，并在实际中取得满意的结果。
上传时间： 2013-07-03
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随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件取得了迅速的发展，其功能日益强大，FPGA内部可用逻辑资源飞速增长，近来推出的FPGA都针对数字信号处理的特点做了特定设计，集成了存储器、锁相环（PLL）、硬件乘法器、DSP模块等，通过使用各个公司提供的FPGA开发软件使用硬件描述语言，可以实现特定的信号处理算法，如FFT、FIR等算法，为电子设计工程师提供了新的选择。实时图像处理系统采用FPGA+DSP的结构来完成整个复杂的图像处理算法。将图像处理算法进行分类，FPGA和DSP份协作发挥各自的长处，对于算法实现简单、运算量大、实时性高的这类处理过程由大容量高性能的FPGA实现，DSP则用来处理经过预处理后的图像数据，来运行算法结构复杂，乘加运算多的算法。整个系统主要包括FPGA处理单元、DSP处理单元以及PCI接口通讯三个部分。主要取得的了以下的研究成果：（1）研究了FPGA的工作原理及应用，完成了Stratix芯片的选型。设计了数字图像处理板的电路原理图和PCB设计图。并对电路板进行调试，工作正常。（2）完成了FPGA程序下载电缆的PCB电路设计，并调试成功，应用到FPGA的调试下载配置中，取得了良好的实验与经济效果。（3）充分利用FPGA的设计开发软件与工具，完成了中值滤波、形态学滤波和自适应阈值的FPGA实现，并给出了详细的实现过程。将算法下载到FPGA芯片，经过试验调试，达到要求。（4）研究了PCI接口通讯的实现方式，选用PCI9054芯片实现通讯，完成PCI接口电路设计，经过调试，实现了中断、DMA等方式，满足了数据传输的要求。（5）学习了C6701DSP芯片的工作特性以及内部功能结构，完成了DSP外围存储器的扩展、时钟信号发生以及电源模块等外围电路的设计。
上传时间： 2013-07-22
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随着安全通信数据速率的提高,关键数据加密算法的软件实施成为重要的系统瓶颈.基于FPGA的高度优化的可编程的硬件安全性解决方案提供了并行处理能力,并且可以达到所要求的加密处理性能(每秒的SSL或RSA运算次数)基准.网络的迅速发展,对安全性的需要变得越来越重要.然而,尽管网络技术进步很快,安全性问题仍然相对落后.由于FPGA所提供的设计优势,特别是新的高速版本,网络系统设计人员可以在这些网络设备中经济地实现安全性支持.FPGA是实现设计灵活性和功能升级的关键,对于容错、IPSec协议和系统接口问题而言这两点非常重要.而且,FPGA还为网络系统设计人员提供了适应不同安全处理功能以及随着安全技术的发展方便地增加对新技术支持的能力.标准加密/解决以及认证算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被广泛用于全球网络安全系统中.本文介绍了基于PCI总线的加密卡的研制,硬件板卡的结构,着重论述了加密卡上加密模块的实现,即用FPGA实现3DES及IDEA、MD5算法的过程,加密卡的工作原理,加密卡中多种密码算法的配置原理,最后对3DES算法及IDEA、MD5算法的实现进行仿真,并绘制了板卡的原理图,对PCI接口原理进行了阐述.在论文中,首先阐述了数据加密原理.介绍了数据加密的算法和数据加密的技术发展趋势,并重点说明了3DES的算法.由于加密卡的生存空间在于其高速的加密性能与便捷的使用方式,所以,我们的加密卡采用的是基于PCI插槽的结构,遵从的是PCI2.2规范,理解并掌握PCI总线的规范是了解整个系统的重要一环,本文讲述了PCI总线的特点和性能,以及总线的信号.由于遵从高速性的要求,我们在硬件选型的时候,选用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能强,速度也非常快,但目前价格仍然太高,不适合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能适中,价格低廉,产品成熟等特点,是较好的选择.FPGA选用的XILINX公司的XC2V3000,在随后的文章中,我们将会对这些器件特性做相应说明.并由此得出电路原理图的绘制.文章的重点之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA实现,以Xilinx公司VIRTEXII结构的VXC2V3000为例,阐述用FPGA高速实现3DES算法及IDEA、MD5算法的设计要点及关键部分的设计.
上传时间： 2013-04-24
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随着通信技术和计算机技术的发展，多媒体的应用与服务越来越广泛，视频压缩编码技术也随之成为非常重要的研究领域。运动估计是视频压缩编码中的一项关键技术。由于视频编码系统的复杂性主要取决于运动估计算法，因此如何找到一种可靠、快速、性能优良的运动估计算法一直是视频压缩编码的研究热点。运动估计在视频编码器中承担的运算量最大、控制最为复杂，由于对视频编码的实时性要求，因此运动估计模块一般都采用硬件来设计。 本文的目的是在FPGA芯片上设计实现一种更优的易于硬件实现的块匹配运动估计算法——二步搜索算法。全文首先讨论了块匹配运动估计理论及其主要技术指标，介绍了运动估计技术在MPEG-4中的应用，然后在对典型的运动估计算法进行分析比较的基础上讨论了一种性能和硬件实现难易度综合指数较高的二步搜索算法。本文对已有的用于全搜索算法实现的VLSI结构进行了改进，设计了符合二步搜索算法要求的FPGA实现结构，并在对其理论分析之后，对实现该算法的运动估计模块进行了功能模块的划分，并运用VerilogHDL硬件描述语言、ISE及Modelsim开发工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了对各功能模块的设计、实现与时序仿真。最后，对整个运动估计模块进行了仿真测试，给出了其在FPGA上搭建实现后的时序仿真波形图与占用硬件资源情况，通过对时序仿真结果可知本文设计的各功能模块工作正常，并且能够协同工作，整个运动估计模块能够正确的实现二步搜索运动估计算法，并输出正确的运动估计结果；通过对占用硬件资源及时钟频率情况的分析验证了本文设计的二步搜索运动估计算法的FPGA实现结构具备先进性和实时可实现性。
上传时间： 2013-05-27
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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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在国内新的电力市场形势的变化下，配电网自动化尤其是配电网自动化中的无功补偿和配电数据监测在电力企业中的重要性越来越显著。另一方面，我国电力供需矛盾趋于缓和，电力负荷控制系统的控制功能变得很少使用，造成了资金、资源的很大浪费。为了使这些资源更有效地服务于配电网自动化建设，在充分整合电力负荷控制系统原有硬件资源的基础上，开发了基于ARM的智能控制器来实现对电网的无功补偿和配电监测，对原有的数据资源进行了进一步的开发利用。 本论文主要完成了以下几个方面的工作： 1、研究电网数据采集方法、高速数字信号处理算法、智能无功补偿算法。 2、研究基于GPRS的分布式网络结构及国家电网公司通信协议《电力负荷管理系统数据传输规约—2004》的实现。 3、研究基于高性能嵌入式系统的终端软、硬件平台的实现
上传时间： 2013-04-24
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常模信号是一类非常重要的信号，而专门应用于常模信号的常模算法[1]具有复杂度较低、实现起来比较简单、对阵列模型的偏差不敏感等显著的优点。因此，常模算法引起了众多学者的广泛关注。近年来，常模算法在多用户检测领域[2]的研究越来越受到诸多学者的关注。不仅如此，常模算法在其他领域也是备受瞩目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等领域的应用也是目前研究的热点。除此之外，常模算法已经不仅仅局限在应用于常模信号，也可应用于多模信号[3]等。 本文对常模算法在多用户检测领域的应用以及FPGA[4]实现作了较多的研究工作，共分六章进行阐述。第一章为绪论，介绍了论文相关背景和本文的结构；第二章首先对常模算法作了理论分析，并改进了传统的2-2型常模算法，我们称之为M2-2CMA，它在误码率性能上有一些改善；之后在MATLAB平台上搭建了仿真平台，分析了常模算法在多用户检测中的应用；第三章研究了相关文献，简单介绍了FPGA概念及其设计流程和设计方法，并对VerilogHDL以及Quartus软件做了简要介绍；第四章则详细介绍了常模算法的FPGA实现，用一种基于统计数据的方法确定了数据位长及精度，提出了其实现的系统框图，并详细阐述了各主要模块的设计与实现，同时给出了最后的报告文件以及最高数据处理速度；第五章则在MATLAB平台和QuartuslI的基础上搭建了一个仿真平台，借助于平台分析了2-2型常模算法移植到FPGA平台后的性能，对不同的精度对系统性能的影响做了讨论，也统计了不同信噪比、多址干扰下的误码率性能。最后一章是对全文的总结和对未来的展望。
上传时间： 2013-06-23
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可编程逻辑芯片特别是现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)芯片的快速发展，使得新的芯片能够根据具体应用动态地调整结构以获得更好的性能，这类芯片称为动态可重构FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用这类芯片构建的可重构系统在实际应用前还有许多问题需要解决。一个基本的问题就是动态可重构FPGA芯片中的可重构功能单元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模块布局问题和模块间的布线问题。 本文从基本的FPGA芯片结构和CAD算法谈起，介绍了可重构计算的概念，建立了可重构计算系统模型和动态可重构FPGA芯片模型，在此模型上提出一个基于划分和时延驱动的在线布局算法，和一个基于Pathfinder协商拥塞算法的布线算法，来解决动态可重构FPGA芯片的布局和布线问题。由硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)描述的电路首先被划分成有限数目的层，然后将这些电路层布局到芯片的每一层，同时确保关键路径的时延最小。实验结果表明，布局算法与传统的布局算法(或者文献[37]中的算法)相比，在时延上平均减少27％，在线长上平均减少34％(或者11％)，在运行时间上平均减少42％(或者97％)。布线算法与传统的布线算法相比，能够将线长降低26％，将水平通道宽度降低27％，显示出较高的性能。
上传时间： 2013-05-24
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本文对基于FPGA的CCSDS图像压缩和AES加密算法的实现进行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS图像压缩算法，并根据其编码方案，设计并实现了相应的编解码器。从算法性能和硬件实现复杂度两个方面，将该算法与具有类似算法结构的JPEG2000和SPIHT图像压缩算法作比较分析； (2)利用硬件描述语言VerilogHDL实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法； (3)优化算法复杂度较大的功能模块，如小波变换模块等。使用双端口内存模块增加数据读写速度，利用DSP块处理核心运算单元，从而很大程度上提高了模块的运行速度，并降低了芯片的使用面积； (4)设计并实现系统的模块级流水线，在几乎不增加占用芯片面积的情况下，提高了系统的数据吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。在硬件系统测试阶段，设计并实现FPGA与PC机的串口通信模块，提高了系统验证的工作效率。
上传时间： 2013-05-19
上传用户：1757122702
遗传算法是基于自然选择的一种鲁棒性很强的解决问题方法。遗传算法已经成功地应用于许多难优化问题，现已成为寻求满意解的最佳工具之一。然而，较慢的运行速度也制约了其在一些实时性要求较高场合的应用。利用硬件实现遗传算法能够充分发挥硬件的并行性和流水线的特点，从而在很大程度上提高算法的运行速度。 本文对遗传算法进行了理论介绍和分析，结合硬件自身的特点，选用了适合硬件化的遗传算子，设计了标准遗传算法硬件框架；为了进一步利用硬件自身的并行特性，同时提高算法的综合性能，本文还对现有的一些遗传算法的并行模型进行了研究，讨论了其各自的优缺点及研究现状，并在此基础上提出一种适合硬件实现的粗粒度并行遗传算法。 我们构建的基于FPGA构架的标准遗传算法硬件框架，包括初始化群体、适应度计算、选择、交叉、变异、群体存储和控制等功能模块。文中详细分析了各模块的功能和端口连接，并利用硬件描述语言编写源代码实现各模块功能。经过功能仿真、综合、布局布线、时序仿真和下载等一系列步骤，实现在Altera的Cyclone系列FPGA上。并且用它尝试解决一些函数的优化问题，给出了实验结果。这些硬件模块可以被进一步综合映射到ASIC或做成IP核方便其他研究者调用。 最后，本文对硬件遗传算法及其在函数优化中的一些尚待解决的问题进行了讨论，并对本课题未来的研究进行了展望。
上传时间： 2013-07-22
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