随着信息技术的飞速发展，数据吞吐量急剧增长，要求有更高的传输速度，来满足大量数据的传输，而原有的并行数据传输总线结构上存在自身无法克服的缺陷，在高频环境下容易串扰，而增大误码率。SATA串行总线技术应运而生。作为一种新型的总线接口，它提供了高达3.0Gbps的数据传输速率，使用8B/10B编码格式，采用LVDS NRZ串行数据传输方式，有良好的抗干扰性能，有更强的达到32位的循环冗余校验，并且提供了良好的物理接口特性，支持热拔插，代表着计算机总线接口技术的发展方向。FPGA作为一种低功耗的半导体器件，在高频工作环境中有优良的性能，将处理器与低功耗FPGA结合起来使用是数据存储应用的趋势，这样能够使得接口方案更加灵活。而在众多FPGA器件中，Xilinx公司的Virtex-4平台内部集成了PowerPC高性能处理器，并且其中提供了Rocket IO MGT这种嵌入式的多速率串行收发器，能够以6.25-622Mb/s的速度传送数据，并且支持包括SATA协议在内的多种串行通信协议。 本文从物理层、链路层、传输层分析了SATA1.0技术的接口协议，在此基础提出满足协议需求和适合FPGA设计的设计方案，并给出总体设计框图，依照FPGA的设计方法，采用Xilinx公司的Virtex-4设计了一个符合SATA1.0接口协议的嵌入式存储装置，实现数据的存储，仿真运行结果正常。
上传时间： 2013-04-24
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各类交流电源在产品开发过程中都需要进行长时间的带载测试，以检验其电气性能。传统使用电阻、电感和电容这类无源元件作为负载的测试方法存在参数调节不方便、发热量大、耗能等诸多缺点。为克服传统测试方法的不足，本文研究了一种带能量回馈功能的交流电子负载装置，采用交直交变换结构，由具有公共直流母线的两级电压型PWM整流器组成。通过控制前级PWM整流器的输入功率因数，在其输入端模拟不同阻抗特性的负载；后级PWM整流器工作在并网逆变状态，将被测试电源发出的电能回馈至电网进行循环利用。 交流电子负载属于一种测试设备，需要实现用户交互、通讯、监控等功能，因此采用了以DSP芯片为核心的数字控制方案。本文首先探讨了数字控制技术对变换器性能的影响，重点讨论了当数字脉宽调制器精度不足时会引起输出产生极限环振荡的问题。分析了极限环振荡产生的原因，并以BUCK、BOOST和BUCK-BOOST三种基本变换器的数字控制器设计为例，推导出了为避免极限环振荡，数字脉宽调制器应满足的最小精度要求。在MATLAB中建立了数字控制器的仿真模型，设计了一台数字控制BUCK变换器实验样机，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。 根据处理电能方式的不同，交流电子负载可分为能量消耗型和能量回馈型两大类。本文首先针对交流电源产品的功能性测试应用场合，提出了一种新的能量消耗型交流电子负载结构和相应的控制方法。然后重点介绍了能量回馈型交流电子负载的工作原理及其控制策略。分析了功率电路中主要元件参数的选取方法。其中，对工作在任意功率因数情况下的单相PWM整流器中交流滤波电感的取值作了重点讨论。在Saber软件中建立了系统的仿真模型，设计了一台以TMS320F2812 DSP芯片为控制核心的能量回馈型交流电子负载原理样机，仿真和实验结果验证了系统方案的可行性和正确性。最后针对交流电子负载的并网能量回馈功能，初步分析了一种基于正反馈思想的并网系统孤岛检测方法，并进行了仿真验证。
上传时间： 2013-07-29
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近几年来，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术引起了人们的广泛注意，根据这项新技术，很多相关协议被提出来。其中WiMax(Wireless MetropolitanArea Networks)代表空中接口满足IEEE 802.16标准的宽带无线通信系统，IEEE标准在2004年定义了空中接口的物理层(PHY)，即802.16d协议。该协议规定数据传输采用突发模式，调制方式采用OFDM技术，传输速率较高且实现方便、成本低廉，已经成为首先推广应用的商业化标准。 本文主要对IEEE802.16d OFDM系统物理层进行研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上实现了基带算法。 首先讨论了OFDM基本原理及其关键技术。根据IEEE802.16d OFDM系统的物理层发送端流程搭建了基带仿真链路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系统在有无循环前缀(CP)、多径数目不同等情况下的性能变化。由于同步算法和信道估计算法计算量都很大，为了找到适合采用FPGA实现的算法，分析了同步误差和不同信道估计算法对接收信号的影响，并结合计算量的大小提出了一种新的联合同步算法，以及得出了LS信道估计算法最适合802.16d系统的结论。 其次，完成了基带发射机和接收机的FPGA硬件电路实现。为了使系统的时钟频率更高，采用了流水线的结构。设计中采用编写Verilog程序和使用IP核相结合的办法，实现了新的联合同步算法，并且通过简化结构，避免了信道估计算法中的繁琐除法。利用ISE9. 2i和Modelsim6.Oc软件平台对程序进行设计、综合和仿真，并将仿真结果和MATLAB软件计算结果相对比。结果表明，采用16位数据总线可达到理想的精度。 最后，采用串口通信的方式对基带系统进行了验证。通过串口通信从功能上表明该系统确实可行。 关键词：IEEE802. 16d； OFDM； 同步；信道估计；基带系统
上传时间： 2013-07-31
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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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自20世纪80年代以来，正交频分复用技术不但在广播式数字音频和视频领域得到广泛的应用，而且已经成为无线局域网标准(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其频谱利用率高，成本低等原因越来越受到人们的关注。随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化需求的增强，OFDM技术在综合无线接入领域将会获得越来越广泛的应用。人们开始集中越来越多的精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用，本文也是基于无线通信平台上的OFDM技术的运用。 本文的所有内容都是建立在空地数据无线通信系统下行链路FPGA实现基础上的。本文作者的主要工作集中在链路接收端的FPGA实现和调试上。主要包括帧同步(时间同步)算法的研究与设计、OFDM频率同步算法的研究与设计以及同步模块、OFDM解调模块、QAM解调模块的FPGA实现。最终实现高速数字图像传输系统下行链路在无线环境中连通。 对于无线移动通信系统而言，多普勒频移、收发设备的本地载频偏差均可能破坏OFDM系统子载波之间的正交性，从而导致ICI，影响系统性能。另外，由于OFDM系统大多采用IFFT/FFT实现调制解调，因此在接收方确定FFT的起点对数据的正确解调也至关重要。同步技术即是针对系统中存在的定时偏差、频率偏差进行定时、频偏的估计与补偿，来减少各种同步偏差对系统性能的影响。在OFDM实现的关键技术中，同步技术是十分重要的一部分。本文花费了三个章节阐述了同步技术的原理、算法和实现方法。 目前OFDM系统的载波同步方案，可以归纳为三大类：辅助数据类，盲估计类和基于循环前缀的半盲估计类。本文首先分析了各种载波同步方案的优缺点，并举例说明了各个载波同步方式的实现方法。然后具体阐述了本文在FPGA平台上实现的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具体算法和FPGA实现结构。本文所采用的帧同步和频率同步方案都是采用辅助数据类的，在阐述其具体算法的同时对算法在不同参数和不同形式下的性能做出了仿真对比分析。 OFDM的解调采用FFT算法，在FPGA上的实现是十分方便的。本文主要阐述其实现结构，重点放在提取有效数据部分有效数据位置的推导过程。最后介绍了本文实现QAM软解调的解调方法。 本文阐述算法采用先提出原理，然后给出具体公式，再根据公式中的系数和变量分析算法性能的方式。在阐述实现方式时首先给出实现框图，然后对框图中比较重要或者复杂的部分进行详细阐述。在介绍完每个模块实现方式之后给出了仿真或者上板结果，最后再给出整体测试结果。
上传时间： 2013-06-26
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随着信息时代的到来，用户对数据保护和传输可靠性的要求也在不断提高。由于信道衰落，信号经信道传输后，到达接收端不可避免地会受到干扰而出现信号失真。因此需要采用差错控制技术来检测和纠正由信道失真引起的信息传输错误。RS（Reed—Solomon）码是差错控制领域中一类重要的线性分组码，由于它编解码结构相对固定，性能强，不但可以纠正随机差错，而且对突发错误的纠错能力也很强，被广泛应用在数字通信、数据存储系统中，以满足对数据传输通道可靠性的要求。因此设计一款高性能的RS编解码器不但具有很大的应用意义，而且具有相当大的经济价值。 本文首先介绍了线形分组码及其子码循环码、BCH码的基础理论知识，重点介绍了BCH码的重要分支RS码的常用编解码算法。由于其算法在有限域上进行，接着介绍了有限域的有关理论。基于RS码传统的单倍结构，本文提出了一种八倍并行编码及九倍并行解码方案，并用Verilog HDL语言实现。其中编码器基于传统的线性反馈移位寄存器除法电路并进行八倍并行扩展，译码器关键方程求解模块基于修正的欧几里德算法设计了一种便于硬件实现的脉动关键方程求解结构，其他模块均采用九倍并行实现。由于进行了超前运算、流水线及并行处理，使编解码的数据吞吐量大为提高，同时延时更小。 本论文设计了C++仿真平台，并与HDL代码结果进行了对比验证。Verilog HDL代码经过modelsim仿真验证，并在ALTERA STRATIX3 EP3SL15OF1152C2 FPGA上进行综合验证以及静态时序分析，综合软件为QUATURSⅡ V8．0。验证及测试表明，本设计在满足编解码基本功能的基础上，能够实现数据的高吞吐量和低延时传输，达到性能指标要求。本论文在基于FPGA的RS（255，223）编解码器的高速并行实现方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理论及经济价值。
上传时间： 2013-04-24
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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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低密度校验码(LDPC)是一种能逼近Shannon容量限的渐进好码，其长码性能甚至超过了Turbo码。低密度校验码以其迭代译码复杂度低，没有错误平层，码率和码长可灵活改变的优点成为Turbo码强有力的竞争对手。目前，LDPC码已广泛应用于深空通信、光纤通信、卫星数字视频和音频广播等领域，因此LDPC码编译码器的硬件实现已成为纠错编码领域的研究热点之一。 本文在分析LDPC码的基本编码结构基础上，首先研究了LDPC码的随机构造方法，并给出了有效的PEG算法实现方法，重点分析了用环消除(cycle elimination)算法实现的准循环LDPC码的构造。然后对LDPC码的几种不同译码算法进行分析比较，讨论了一种适合硬件实现的译码算法-TDMP算法，并对易于硬件实现的TDMP算法进行了性能仿真，仿真结果表明TDMP算法作为硬件实现的译码算法具有优异的性能优势。最后针对Altera公司的StratixEPIS25 FPGA芯片设计了一个基于TDMP算法的(4096，2048)非规则LDPC码译码器，内部用了4个单校验码译码器并行译1帧数据，3帧同时译码，作者详细介绍了该译码器芯片的设计过程和内部结构和工作流程。
上传时间： 2013-05-23
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LDPC(Low Density Parity Check)码是一类可以用非常稀疏的校验矩阵或二分图定义的线性分组纠错码，最初由Gallager发现，故亦称Gallager码.它和著名Turbo码相似，具有逼近香农限的性能，几乎适用于所有信道，因此成为近年来信道编码界研究的热点。 LDPC码的奇偶校验矩阵呈现稀疏性，其译码复杂度与码长成线性关系，克服了分组码在长码长时所面临的巨大译码计算复杂度问题，使长编码分组的应用成为可能。而且由于校验矩阵的稀疏特性，在长的编码分组时，相距很远的信息比特参与统一校验，这使得连续的突发差错对译码的影响不大，编码本身就具有抗突发差错的特性。 本文首先介绍了LDPC码的基本概念和基本原理，其次，具体介绍了LDPC码的构造和各种编码算法及其生成矩阵的产生方法，特别是准循环LDPC码的构造以及RU算法、贪婪算法，并在此基础上采用贪婪算法对RU算法进行了改进。 最后，选用Altera公司的Stratix系列FPGA器件EPls25F67217，实现了码长为504的基于RU算法的LDPC编码器。在设计过程中，为节省资源、提高速度，在向量存储时采用稀疏矩阵技术，在向量相加时采用通过奇校验直接判定结果的方法，在向量乘法中，采用了前向迭代方法，避开了复杂的矩阵求逆运算。结果表明，该编码器只占用约10％的逻辑单元，约5％的存储单元，时钟频率达到120MHz，数据吞吐率达到33Mb/s，功能上也满足编码器的要求。
上传时间： 2013-06-09
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卫星导航定位系统可以为公路、铁路、空中和海上的交通运输工具提供导航定位服务。它能够军民两用，战略作用与商业利益并举。只要持有便携式接收机，则无论身处陆地、海上还是空中，都能收到卫星发出的特定信号。接收机选取至少四颗卫星发出的信号进行分析，就能确定接收机持有者的位置。 GPS导航定位接收机的理论基础即是扩频通信理论，扩频通信技术与常规的通信技术相比，具有低截获率，强抗噪声，抗干扰性，具有信息隐蔽和多址通信等特点，目前己从军事领域向民用领域迅速发展，成为进入信息时代的高新技术通信传输方式之一。扩频通信技术中，最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统，本文所研究的就是这一类系统。 目前在卫星信号的捕获上一般使用两种方法：顺序捕获方法(时域法，基于大规模并行相关器)和并行捕获方法(频域法，基于FFT)。本文在第二章分别分析了现有顺序捕获和并行捕获技术的原理，并给出了它们的优缺点。 本文第三章对长码的直接捕获进行了深入的研究，基于对国内外相关文献中长码直捕方法的分析与对比，并且结合在实际过程中硬件资源需求的考虑，应用了基于分段补零循环相关和FFT搜索频偏的直捕方法。此方法大大减少了计算量，加快了信号捕获的速度。本方法利用FFT实现接收信号与本地长码的并行相关，同时完成频偏的搜索，将传统的二维搜索转换为并行的一维搜索，从而能快速实现长码捕获。 GPS信号十分微弱，灵敏度低，在战场环境下，GPS接收机会面临各种人为的干扰。如何从复杂的干扰信号中实现对GPS信号的捕获，即抗干扰技术的研究，是GPS也是本文研究一个的方面。第四章即研究了GPS接收机干扰抑制算法，在强干扰环境下，需要借助信号处理技术在不增加信号带宽的条件下提高系统的抗干扰能力，以保证后续捕获跟踪模块有充足的处理增益。 本文在第五章给出了GPS接收机长码捕获以及干扰抑制的FPGA实现方案，并对各主要子模块进行了详细地分析。基本型接收机中长码捕获采用频域方法，选用Altera StratixⅡ EP2S180芯片实现；抗干扰型接收机中选用Xilinx xc4vlx100芯片。实现了各模块的单独测试和整个系统的联调，通过联调验证，本文提出的长码直接捕获方法正确、可行。 本文提出的长码直捕方法可以在不需要C/A码辅助捕获下完成对长码的直接捕获，可以应用于GPS接收机，监测站接收机的同步等，对我国自主研发导航定位接收机也有重大的现实及经济意义。
上传时间： 2013-06-18
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