本课题是在课题组已实现的高速串行通信平台的基础上，进一步引伸，设计开源的PCI软核通信模块替代Xilinx公司提供的LogiCORE PCI核，力求在从模式下，做到占用资源更少，传输速度更快，也为以后实现更完整的功能提供平台。 本文以此为背景，基于FPGA平台，搭建以开源的PCI软核为核心的串行通信接口平台，使其成为PCI总线与用户逻辑之间的桥梁，使用户逻辑避开与复杂的PCI总线协议。本课题采用Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板作为串行通信接口的硬件实验平台，实现了支持配置读/写交易、单数据段读/写、突发模式读/写、命令/地址译码功能和数据传送错误检测与处理功能的PCI软核。 本文主要阐述了以PCI软核为核心的串行通信平台的实现，首先介绍了PCI软核的编程语言、软件工具和硬件实验平台Spartan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板。然后，介绍了PCI总线命令、PCI软核所支持的功能、PCI软核两侧信号的定义、PCI软核配置模块以及探讨了PCI软核的状态机接收、发送数据等过程，分析了PCI软核的数据收发功能仿真，主要包括配置读/写交易、单数据段模式读/写和突发模式读/写的仿真图形，并阐述了管脚约束的操作流程。最后介绍PCI软核模块的WDM驱动，内容包括驱动程序简介、驱动程序的开发、中断处理、驱动程序与应用程序之间的通信以及应用程序操作。最后，对PCI软核的各种性能进行了比较分析。整个模块设计紧凑，完成在实验平台上的数据发送。 设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在开发工具Xilinx ISE7.1中完成整个系统的设计、综合、布局布线，利用Modelsim进行功能及时序仿真，使用DriverWorks为PCI软核编写WinXP下的驱动程序，用VC++6.0编写相应的测试应用程序。之后，将FPGA设计下载到Spanan-II FPGA芯片XC2S200-6FG456C系统开发板中运行。 文章最后指出工作中的不足之处和需要进一步完善的地方。
上传时间： 2013-04-24
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PID算法自从问世以来，一直受到广泛的关注。随着现代控制理论及智能控制技术的发展，PID算法也得到了长足的发展。结合传统的PID控制算法，针对特定的控制领域，出现了一些新的控制算法，模糊PID控制算法就是在此基础上渐渐形成并凸显其控制特色。 同时随着微电子技术的发展，现场可编程逻辑器件FPGA的发展及其EDA技术的日渐成熟，为集成控制芯片开拓了广阔的发展空间。FPGA的发展为基于硬件的算法模块的实现提供了可能性，同时节省了外围的电路，使算法模块的集成度大大提高。 本文针对当前国内外在算法研究方面的热点问题，对模糊PID算法进行了深入的分析和研究。通过对汽轮机调节系统的结构分析，对其进行了数学建模。采用某汽轮机的实际设计运行参数，利用Matlab仿真软件，对该汽轮机的数学模型进行了甩负荷动态特性仿真。仿真结果表明，模糊PID可以更好地解决汽轮发电机组在甩负荷过程中由于机组转子飞升量太大而导致危急保安装置动作，使得汽轮发电机组意外停机的问题，能够保证汽轮发电机组在意外甩负荷时机组正常的机械运转。根据模糊控制理论的特点及EDA技术和FPGA可编程逻辑器件的发展现状，提出了在FPGA上实现模糊PID算法的具体实现方案。在综合分析算法特性的基础上，选择Altera公司生产的CycloneⅡ系列中的EP2C35F672C6作为目标芯片，利用分层模块化设计思想，在Altera公司提供的QuartusⅡ开发环境中，利用原理图设计输入和VHDL设计输入相结合的方式实现了模糊PID控制算法，同时分别对实现的各个功能模块和整个算法模块进行了功能时序仿真。根据仿真结果分析，该设计实现了的模糊PID控制功能。 该控制算法模块的FPGA实现很好的避免了因CPU或者其它问题导致算法程序跑飞、程序死循环、复位不可靠等问题，提高了控制的可靠性。同时加强了模块的通用性，减少了系统硬件开发周期，节省了外围设备的电路，降低了设计开发成本。
上传时间： 2013-07-21
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软件无线电（Software Defined Radio）是无线通信系统收发信机的发展方向，它使得通信系统的设计者可以将主要精力集中到收发机的数字处理上，而不必过多关注电路实现。在进行数字处理时，常用的方案包括现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）。FPGA以其相对较低的功耗和相对较低廉的成本，成为许多通信系统的首先方案。正是在这样的前提下，本课题结合软件无线电技术，研究并实现基于FPGA的数字收发信机。 @@ 本论文主要研究了发射机和接收机的结构和相关的硬件实现问题。首先，从理论上对发射机和接收机结构进行研究，找到收发信机设计中关键问题。其次，在理论上有深刻认识的基础上，以FPGA为手段，将反馈控制算法、反馈补偿算法和前馈补偿算法落实到硬件电路上。同步一直是数字通信系统中的关键问题，它也是本文的研究重点。本文在研究了已有各种同步方法的基础上，设计了一种新的同步方法和相应的接收机结构，并以硬件电路将其实现。最后，针对所设计的硬件系统，本文还进行了充分的硬件系统测试。硬件测试的各项数据结果表明系统设计方案是可行的，基本实现了数字中频收发机系统的设计要求。 @@ 本文中发射机系统是以Altera公司EP2C70F672C6为硬件平台，接收机系统以Altera公司EP2S180F1020C3为硬件平台。收发系统均是在Ouartus Ⅱ 8．0环境下，通过编写Verilog HDL代码和调用Altera IP core加以实现。在将设计方案落实到硬件电路实现之前，各种算法均使用MATLAB进行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正确结果的基础上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和时序仿真工具进行了前仿真和后仿真。所有仿真结果无误后，可下载至硬件平台进行调试，通过Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap逻辑分析仪，可以实时观察电路中各点信号的变化情况，并结合示波器和频谱仪，得到硬件测试结果。 @@关键词：SDR；数字收发机；FPGA；载波同步；符号同步
上传时间： 2013-04-24
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随着电子技术的快速发展，各种电子设备对时间精度的要求日益提升。在卫星发射、导航、导弹控制、潜艇定位、各种观测、通信等方面，时钟同步技术都发挥着极其重要的作用，得到了广泛的推广。对于分布式采集系统来说，中心主站需要对来自于不同采集设备的采集数据进行汇总和分析，得到各个采集点对同一事件的采集时间差异，通过对该时间差异的分析，最终做出对事件的准确判断。如果分布式采集系统中的各个采集设备不具有统一的时钟基准，那么得到的各个采集时间差异就不能反映出实际情况，中心主站也无法准确地对事件进行分析和判断，甚至得出错误的结论。因此，时钟同步是分布式采集系统正常运作的必要前提。 目前国内外时钟同步领域常用的技术有GPS授时技术，锁相环技术和IRIG-B 码等。GPS授时技术虽然精度高，抗干扰性强，但是由于需要专用的GPS接收机，若单纯使用GPS 授时技术做时钟同步，就需要在每个采集点安装接收机，成本较高。锁相环是一种让输出信号在频率和相位上与输入参考信号同步的技术，输出信号的时钟准确度和稳定性直接依赖于输入参考信号。IRIG-B 码是一种信息量大，适合传输的时间码，但是由于其时间精度低，不适合应用于高精度时钟同步的系统。基于上述分析，本文结合这三种常用技术，提出了一种基于FPGA的分布式采集系统时钟同步控制技术。该技术既保留了GPS 授时的高精确度和高稳定性，又具备IRIG-B时间码易传输和低成本的特性，为分布式采集系统中的时钟同步提供了一种新的解决方案。 本文中的设计采用了Ublox公司的精确授时GPS芯片LEA-5T，通过对GPS芯片串行时间信息解码，获得准确的UTC时间，并实现了分布式采集系统中各个采集设备的精确时间打码。为了能够使整个分布式采集系统具有统一的高精度数据采集时钟，本论文采用了数模混合的锁相环技术，将GPS 接收芯片输出的高精度秒信号作为参考基准，生成了与秒信号高精度同步的100MHZ 高频时钟。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 码的编码部分，将B 码的准时标志与GPS 秒信号同步，提高了IRIG-B 码的时间精度。在分布式采集系统中，IRIG-B时间码能直接通过串口或光纤将各个采集点时间与UTC时间统一，节约了各点布设GPS 接收机的高昂成本。最后，通过PC104总线对时钟同步控制卡进行了数据读取和测试，通过实验结果的分析，提出了改进方案。实验表明，改进后的时钟同步控制方案具有很高的时钟同步精度，对时钟同步技术有着重大的推进意义！
上传时间： 2013-08-05
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激光打标是指利用高能量密度的激光束在物件表面作永久性标刻。激光打标以其“打标速度快、性能稳定、打标质量好”等优势，获得了日益广泛的应用。传统的激光打标系统一般是基于ISA总线或PCI总线的，运动控制卡必须插在计算机的PCI插槽内，且不支持热捅拔，影响了控制卡的稳定性；以单片机为主控制器的激光打标控制卡虽然成本低、运行可靠，但由于其运算速度慢、存储容量有限，限制了它的应用范围。 运动控制卡是激光打标系统的核心组成部分。本文设计了一种新型的基于USB总线，以FPGA为主控单元的振镜扫描式激光打标控制卡，它利用了USB总线高速、稳定、易用和FPGA资源丰富、处理能力强、易扩展等优点，将PC机强大的信息处理能力与运动控制卡的运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、开放程度高、使用方便的特点。 本文首先介绍了激光打标的原理，激光打标技术的发展现状以及激光打标系统的组成结构。在对USB总线技术作了简要介绍后，详细讨论了激光打标控制卡的硬件电路设计，包括USB接口电路，FPGA主控单元电路，D/A单元电路，存储器电路，I/O接口电路等。接着对USB接口单元的固件程序和FPGA中USB接口功能模块、D/A写控制功能模块和SRAM读写控制功能模块的程序做了详细设计，通过软硬件调试，控制卡实现了USB通信，输出两路模拟信号，SRAM数据读写，数字量输入输出等功能。
上传时间： 2013-04-24
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烟叶烘烤是烟叶生产中一个非常重要的环节，为保证烟叶烘烤的质量，需要有效的控制温度和湿度让其按照“三段式”工艺曲线进行变化。本文通过对三段式工艺的分析，构建了以FPGA为控制核心，采用数字式温湿度传感器进行温湿度测量的烤烟自动控制系统。 整个系统的实现是基于CYCLONEⅡ系列的FPGA器件EP2C8Q208C8进行的。同时对系统的配置电路、驱动电路、显示控制电路、语音提示和温湿度测量电路进行了设计，并给出了各个模块的电路原理图。由于温湿度测量是系统设计实现的重要部分，所以本文重点讨论了温度传感器DS18820和湿度传感器HS1101的性能特点、工作原理、处理次序和设计流程。针对烟叶烘烤过程中烤房温湿度的测量和控制中，存在的强时变、大时滞、非线性的问题，采用了模糊控制算法进行控制，并给出了模糊控制器设计的方法。另外，为方便用户调用烟叶烘烤中经验曲线，提出了使用EEPROM对烘烤经验曲线参数进行处理。而且讨论了如何通过I2C总线与EEPROM进行读写操作进而实现参数的保存和读取。系统的测试结果表明烤烟自动控制系统基本上达到了实际的要求，具有一定的先进性。
上传时间： 2013-04-24
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3D加速引擎是3D图形加速系统的重要组成部分，以往在软件平台上对3D引擎的研究，实现了复杂的渲染模型和渲染算法，但这些复杂算法与模型在FPGA上综合实现具有一定难度，针对FPGA的3D加速引擎设计及其平台实现需要进一步研究。 本文在研究3D加速引擎结构的基础上，实现了基于FPGA的图像处理平台，使用模块化的思想，利用IP核技术分析设计实现了3D加速管道及其他模块，并进行了仿真、验证、实现。 图像处理平台选用Virtex-Ⅳ FPGA为核心器件，并搭载了Hynix HY5DU573222F-25、AT91FR40162S、XCF32P VO48及其他组件。 为满足3D加速引擎的实现与验证，设计搭建的图像处理平台还实现了DDR-SDRAM控制器模块、VGA输出模块、总线控制器模块、命令解释模块、指令寄存器模块及控制寄存器模块。 3D加速引擎设计包含3D加速渲染管道、视角变换管道、基元读取、顶点FIFO、基元FIFO、写内存等模块。针对FPGA的特性，简化、设计、实现了光照管道、纹理管道、着色管道和Alpha融合管道。 最后使用Modelsim进行了仿真测试和图像处理平台上的验证，其结果表明3D加速引擎设计的大部分功能得到实现，结果令人满意。
上传时间： 2013-07-30
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并行总线PATA从设计至今已快20年历史，如今它的缺陷已经严重阻碍了系统性能的进一步提高，已被串行ATA(Serial ATA)即SATA总线所取代。SATA作为新一代磁盘接口总线，采用点对点方式进行数据传输，内置数据/命令校验单元，支持热插拔，具有150MB/s(SATA1.0)或300MB/s(SATA2.0)的传输速度。目前SATA已在存储领域广泛应用，但国内尚无独立研发的面向FPGA的SATAIP CORE，在这样的条件下设计面向FPGA应用的SATA IP CORE具有重要的意义。 本论文对协议进行了详细的分析，建立了SATA IP CORE的层次结构，将设备端SATA IP CORE划分成应用层、传输层、链路层和物理层；介绍了实现该IPCORE所选择的开发工具、开发语言和所选用的芯片；在此基础上着重阐述协议IP CORE的设计，并对各个部分的设计予以分别阐述，并编码实现；最后进行综合和测试。 采用FPGA集成硬核RocketIo MGT(RocketIo Multi-Gigabit Transceiver)实现了1.5Gbps的串行传输链路；设计满足协议需求、适合FPGA设计的并行结构，实现了多状态机的协同工作：在高速设计中，使用了流水线方法进行并行设计，以提高速度，考虑到系统不同部分复杂度的不同，设计采用部分流水线结构；采用在线逻辑分析仪Chipscope pro与SATA总线分析仪进行片上调试与测试，使得调试工作方便快捷、测试数据准确；严格按照SATA1.0a协议实现了SATA设备端IP CORE的设计。 最终测试数据表明，本论文设计的基于FPGA的SATA IP CORE满足协议需求。设计中的SATA IP CORE具有使用方便、集成度高、成本低等优点，在固态电子硬盘SSD(Solid-State Disk)开发中应用本设计，将使开发变得方便快捷，更能够适应市场需求。
上传时间： 2013-06-21
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FPGA作为新一代集成电路的出现，引起了数字电路设计的巨大变革。随着FPGA工艺的不断更新与改善，越来越多的用户与设计公司开始使用FPGA进行系统开发，因此，PFAG的市场需求也越来越高，从而使得FPGA的集成电路板的工艺发展也越来越先进，在如此良性循环下，不久的将来，FPGA可以主领集成电路设计领域。正是由于FPGA有着如此巨大的发展前景与市场吸引力，因此，本文采用FPGA作为电路设计的首选。 @@ 随着FPGA的开发技术日趋简单化、软件化，从面向硬件语言的VHDL、VerilogHDL设计语言，到现在面向对象的System Verilog、SystemC设计语言，硬件设计语言开始向高级语言发展。作为一个软件设计人员，会很容易接受面向对象的语言。现在软件的设计中，算法处理的瓶颈就是速度的问题，如果采用专用的硬件电路，可以解决这个问题，本文在第一章第二节详细介绍了软硬结合的开发优势。另外，在第一章中还介绍了知识产权核心（IP Core）的发展与前景，特别是IP Core中软核的设计与开发，许多FGPA的开发公司开始争夺软核的开发市场。 @@ 数字电路设计中最长遇到的就是通信的问题，而每一种通信方式都有自己的协议规范。在CPU的设计中，由于需要高速的处理速度，因此其内部都是用并行总线进行通信，但是由于集成电路资源的问题，不可能所有的外部设备都要用并行总线进行通信，因此其外部通信就需要进行串行传输。又因为需要连接的外部设备的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介绍了小型CPU中常用的三种通信协议，那就是SPI、I2C、UART。除了分别论述了各自的通信原理外，本文还特别介绍了一个小型CPU的内部构造，以及这三个通信协议在CPU中所处的位置。 @@ 在硬件的设计开发中，由于集成电路本身的特殊性，其开发流程也相对的复杂。本文由于篇幅的问题，只对总的开发流程作了简要的介绍，并且将其中最复杂但是又很重要的静态时序分析进行了详细的论述。在通信协议的开发中，需要注意接口的设计、时序的分析、验证环境的搭建等，因此，本文以SPI数据通信协议的设计作为一个开发范例，从协议功能的研究到最后的验证测试，将FPGA 的开发流程与关键技术等以实例的方式进行了详细的论述。在SPI通信协议的开发中，不仅对协议进行了详细的功能分析，而且对架构中的每个模块的设计都进行了详细的论述。@@关键词：FPGA；SPI；I2C；UART；静态时序分析；验证环境
上传时间： 2013-04-24
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随着现代DSP、FPGA等数字芯片的信号处理能力不断提高，基于软件无线电技术的现代通信与信息处理系统也得到了更为广泛的应用。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件系统作为其应用平台，把尽可能多的无线及个人通信和信号处理的功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来。另一方面，现代信号处理系统对数据的处理速度、处理精度和动态范围的要求也越来越高，需要每秒完成几千万到几百亿次运算。因此研制具备高速实时信号处理能力的通用硬件平台越来越受到业界的重视。 @@ 目前的高速实时信号处理系统一般均采用DSP+FPGA的架构，其中DSP主要负责完成系统通信和基带信号处理算法，而FPGA主要完成信号预处理等前端算法，并提供系统常用的各种外部接口逻辑。本文的主要工作就在于完成通用型高速实时信号处理系统的FPGA软件设计。 @@ 本文提出了一种基于多DSP与FPGA的通用高速实时信号处理系统的架构。综合考虑各方面因素，作者选择使用两片ADSP-TS201浮点DSP以混合耦合模型构成系统信号处理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系统所需的各种接口，包括与ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外设接口。此外，作者还选择了ADSP-BF533定点DSP加入系统当中以扩展系统音视频信号处理能力，体现系统的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系统设计正逐渐成为现代FPGA应用的一个热点。结合课题需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze软核处理器为核心在Virtex-5片内设计了一个嵌入式系统，完成了对CF卡、DDR2 SDRAM存储器的读写控制，并利用片内集成的三态以太网MAC硬核模块，实现了系统与上位PC机之间的以太网通信链路。此外，为扩展系统功能，适应未来可能的软件升级，进一步提高系统的通用性，还将嵌入式实时操作系统μC/OS-II移植到MicroBlaze处理器上。 @@ 最后，作者介绍了基于Xilinx RocketIO GTP收发器的高速串行传输设计的关键技术和基本的设计方法，充分体现了目前高速实时信号处理系统的发展要求和趋势。 @@关键词：高速实时信号处理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系统；MicroBlaze
上传时间： 2013-05-17
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