现场可编程门阵列(FPGA)器件是能通过对其进行编程实现具有用户规定功能的电路，特别适合集成电路的新品开发和小批量ASIC电路的生产。近几年来，FPGA的发展非常迅速，但目前国内厂商所使用的FPGA芯片主要还是从国外进口，这种状况除了给生产厂家带来很大的成本压力以外，同时也影响到国家信息产业的保密和安全问题，因此在国内自主研发FPGA便成为一种必然的趋势。 基于上述现实状况及国内市场的巨大需求，中国电子科技集团公司第58研究所近年来对FPGA进行了专项研究，本论文正是作为58所专项的一部分研究工作的总结。本文深入研究了FPGA的相关设计技术，并进行了实际的FPGA器件设计，研究工作的重点是在华润上华(CSMC)0.5μm标准CMOS工艺基础上进行具有6000有效门的FPGA的电路设计与仿真。 论文首先阐述了可编程逻辑器件的基本结构，就可编程逻辑器件的发展过程及其器件分类，对可编程只读存储器、现场可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、通用逻辑阵列和复杂PLD等的基本结构特点进行了讨论。接着讨论了FPGA的基本结构与分类及它的编程技术，另外还阐述了FPGA的集成度和速率等相关问题。并根据实际指标要求确定本文研究目标FPGA的基本结构和它的编程技术，在华润上华0.5μm标准CMOS工艺的基础上，进行一款FPGA芯片的设计研究工作。进行了可编程逻辑单元的基本结构的设计，并用CMOS逻辑和NMOS传输管逻辑实现了函数发生器、快速进位链和触发器的电路设计，并对其进行了仿真，达到了预期的目标。
上传时间： 2013-07-18
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系统向高速率和大容量扩展的主要障碍，尤其是160Gb/s光传输系统中，由PMD引起的脉冲畸变现象更加严重。为了克服PMD带来的危害，国内外已经开始了对PMD补偿的研究。但是目前的补偿系统复杂、成本高且补偿效果不理想，因此采用前向纠错(FEC)和偏振扰偏器配合抑制PMD的方法，可以实现低成本的PMD补偿。 在实验中将扰偏器连入光时分复用系统，通过观察其工作前后的脉冲波形，发现扰偏器的应用改善了系统的性能。随着系统速率的提高，对扰偏器速率的要求也随之提高，目前市场上扰偏器的速率无法满足160Gb/s光传输系统要求。通过对偏振扰偏器原理的分析，决定采用高速控制电路驱动偏振控制器的方法来实现高速扰偏器的设计。扰偏器采用铌酸锂偏振控制器，其响应时间小于100ns，是目前偏振控制器能够达到的最高速率，但是将其用于160Gb/s高速光通信系统扰偏时，这个速率仍然偏低，因此，提出采用多段铌酸锂晶体并行扰偏的方法，弥补铌酸锂偏振控制器速率低的问题。通过对几种处理器的分析和比较，选择DSP+FPGA作为控制端，DSP芯片用于产生随机数据，FPGA芯片具有丰富的I/O引脚，工作频率高，可以实现大量数据的快速并行输出。这样的方案可以充分发挥DSP和FPGA各自的优势。另外对数模转换芯片也要求响应速度快，本论文以FPGA为核心，完成了FPGA与其它芯片的接口电路设计。在QuartusⅡ集成环境中进行FPGA的开发，使用VHDL语言和原理图输入法进行电路设计。 本文设计的偏振扰偏器在高速控制电路的驱动下，可以实现大量的数据处理，采用多段铌酸锂晶体并行工作的方法，可以提高偏振扰偏器的速率。利用本方案制作的扰偏器具有高扰偏速率，适合应用于160Gb/s光通信系统中进行PMD补偿。
上传时间： 2013-04-24
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该文探讨了以FPGA(Field Programmable Gates Array)为平台,使用HDL(Hardware Description Language)语言设计并实现符合JPEG静态图象压缩算法基本模式标准的图象压缩芯片.在简要介绍JPEG基本模式标准和FPGA设计流程的基础上,针对JPEG基本模式硬件编码器传统结构的缺点,提出了一种新的改进结构.JPEG基本模式硬件编码器改进结构的设计思想、设计结构和Verilog设计实现在其后章节中进行了详细阐述,并分别给出了改进结构中各个模块的单独测试结果.在该文的测试部分,阐述利用实际图像作为输入,从FPGA的输出得到了正确的压缩图像,计算了相应的图像压缩速度和图象质量指标,并与软件压缩的速度和结果做了对比,提出了未来的改进建议.
上传时间： 2013-04-24
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MPEG-4是目前非常流行的视频压缩标准,基于MPEG-4的视频处理系统有两种体系结构:可编程结构和专用结构.可编程结构灵活,适用范围广,易于升级,但电路复杂,电路功耗大.专用视频编解码器结构硬件开销小,处理速度高.该文主要研究专用的MPEG-4视频编解码芯片设计方法.目前市场上MPEG-4视频编解码芯片主要是Simple Profile级别的,而我们设计的芯片要实现Advanced Simple Profile级别.该文采用了一种基于大规模FPGA的软硬件相结的芯片设计方案,我们设计了基于FPGA的MPEG-4芯片设计开发平台,完成算法的硬件仿真与测试.论文围绕基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统设计,分为两个部分.第一部分介绍了目前国内外实现MPEG-4视频处理系统的主要方法和应用,概述了国际上MPEG-4视频编解码芯片设计的一般方法及其发展趋势,详细描述了我们的基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统的结构.第二部分重点讲述了基于FPGA的MPEG-4芯片开发系统各个电路模块的设计,包括电源模块、FPGA配置模块、时钟生成模块、视频输入/输出模块、RS232串口模块、以太网接口模块、USB接口模块等.同时也介绍了I
上传时间： 2013-06-15
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随着电信数据传输对速率和带宽的要求变得越来越迫切,原有建成的网络是基于话音传输业务的网络,已不能适应当前的需求.而建设新的宽带网络需要相当大的投资且建设工期长,无法满足特定客户对高速数据传输的近期需求.反向复用技术是把一个单一的高速数据流在发送端拆散并放在两个或者多个低速数据链路上进行传输,在接收端再还原为高速数据流.该文提出一种基于FPGA的多路E1反向复用传输芯片的设计方案,使用四个E1构成高速数据的透明传输通道,支持E1线路间最大相对延迟64ms,通过链路容量调整机制,可以动态添加或删除某条E1链路,实现灵活、高效的利用现有网络实现视频、数据等高速数据的传输,能够节省带宽资源,降低成本,满足客户的需求.系统分为发送和接收两部分.发送电路实现四路E1的成帧操作,数据拆分采用线路循环与帧间插相结合的方法,A路插满一帧(30时隙)后,转入B路E1间插数据,依此类推,循环间插所有的数据.接收电路进行HDB3解码,帧同步定位(子帧同步和复帧同步),线路延迟判断,FIFO和SDRAM实现多路数据的对齐,最后按照约定的高速数据流的帧格式输出数据.整个数字电路采用Verilog硬件描述语言设计,通过前仿真和后仿真的验证.以30万门的FPGA器件作为硬件实现,经过综合和布线,特别是写约束和增量布线手动调整电路的布局,降低关键路径延时,最终满足设计要求.
上传时间： 2013-07-16
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随着电子技术和EDA技术的发展,大规模可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)、现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gates Array)完全可以取代大规模集成电路芯片,实现计算机可编程接口芯片的功能,并可将若干接口电路的功能集成到一片PLD或FPGA中.基于大规模PLD或FPGA的计算机接口电路不仅具有集成度高、体积小和功耗低等优点,而且还具有独特的用户可编程能力,从而实现计算机系统的功能重构.该课题以Altera公司FPGA(FLEX10K)系列产品为载体,在MAX+PLUSⅡ开发环境下采用VHDL语言,设计并实现了计算机可编程并行接芯片8255的功能.设计采用VHDL的结构描述风格,依据芯片功能将系统划分为内核和外围逻辑两大模块,其中内核模块又分为RORT A、RORT B、OROT C和Control模块,每个底层模块采用RTL(Registers Transfer Language)级描述,整体生成采用MAX+PLUSⅡ的图形输入法.通过波形仿真、下载芯片的测试,完成了计算机可编程并行接芯片8255的功能.
上传时间： 2013-06-08
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大规模可编程逻辑器件CPLD和FPGA是当今应用最广泛的两类可编程专用集成电路(ASIC),电子设计工程师用它可以在办公室或实验室里设计出所需的专用集成电路,从而大大缩短了产品上市时间,降低了开发成本.此外,可编程逻辑器件还具有静态可重复编程和动态系统重构的特性,使得硬件的功能可以象软件一样通过编程来修改,这样就极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性.该设计完成了在一片可编程逻辑器件上开发简易计算机的设计任务,将单片机与单片机外围电路集成化,能够输入指令、执行指令、输出结果,具有在电子系统中应用的普遍意义,另外,也可以用于计算机组成原理的教学试验.该文第一章简要介绍了可编程ASIC和EDA技术的历史、现状、未来并对本课题作了简要陈述.第二章在芯片设计的两种输入法即原理图输入法和HDL输入法之间做出比较,决定选用HDL输入法.第三章描述了具体的设计过程和设计手段,首先将简易计算机划分为运算器、CPU控制器、存储器、键盘接口和显示接口以及系统控制器,然后再往下分为下层子模块.输入法的语言使用的是Verilog HDL,鉴于篇幅所限,源代码部分不在论文之中.第四章对设计的综合与实现做了总结,给出了时序仿真波形图.该文针对FPGA和RISC这两大课题,对RISC在FPGA上的实现进行了初浅的探索与尝试.从计算机体系结构入手,剖析了精简指令集计算机的原理,通过该设计的实践对ASIC和EDA的设计潜力有了更进一步的领悟.
上传时间： 2013-05-21
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该论文首先对脉冲及其参数进行了分析,然后介绍了雷达脉冲参数测量的原理,并针对现代复杂电磁环境的特点,对脉冲参数测量的方案进行了设计.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20万门FPGA芯片实现了对高密度视频脉冲流的脉冲到达时间(TOA)、脉冲宽度(PW)和脉冲幅度(PA)等参数的实时高精度测量,并对测量误差进行了分析,同时给出了功能仿真的波形.该测量方法是基于FPGA的硬件实现方法,其系统结构简单,测量速度快、精度高,满足对脉冲参数测量高精度、实时性的要求.
上传时间： 2013-07-05
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本文结合工程需要详细论述了一种数字相位计的实现方法，该方法是基于FPGA(现场可编程门阵列)芯片运用FFT(快速傅立叶变换)算法完成的。首先，从相位测量的原理出发，分析了传统相位计的缺点，给出了一种高可靠性的相位检测实用算法，其算法核心是对采集信号进行FFT变换，通过频谱分析，实现对参考信号和测量信号初相位的检测，并同时阐述了FPGA在实现数字相位计核心FFT算法中的优势。在优化的硬件结构中，利用多个乘法器并行运算的方式加快了蝶形运算单元的运算速度；内置双端口RAM、旋转因子ROM使数据存储的速度得到提高；采用了流水线的工作方式使数据的存储、运算在时间上达到匹配。整个设计采用VHDL(超高速硬件描述语言)语言作为系统内部硬件结构的描述手段，在Altera的QuartusⅡ软件支持下完成。仿真结果表明，基于FPGA实现的FFT算法无论在速度和精度上都满足了相位测量的需要，其运算64点数据仅需27.5us，最大误差在1％之内。
上传时间： 2013-05-16
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激光测距技术被广泛应用于现代工业测量、航空与大地的测量、国防及通信等诸多领域。本文从已获得广泛应用的脉冲激光测距技术入手，重点分析了近年提出的自触发脉冲激光测距技术(STPLR)特别是其中的双自触发脉冲激光测距技术(BSTPLR)，通过分析发现其核心部件之一就是用于测量激光脉冲飞行时间(周期)的高精度高速计数器，而目前一般的方式是采用昂贵的进口高速计数器或专用集成电路(ASIC)来完成，这使得激光测距仪在研发、系统的改造升级和自主知识产权保护等诸多方面受到制约，同时在其整体性能上特别是在集成化、小型化和高可靠性方面带来阻碍。为此，本文研究了采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现脉冲激光测距中的高精度高速计数及其他相关功能，基本解决了以上存在的问题。 论文通过对双自触发脉冲激光测距的主要技术要求和技术指标进行分析，对其中的信号处理单元采用了FPGA+单片机的设计形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作为周期测量模块，在整个测距系统中是信号处理的核心部件，借助其用户可编程特性及很高的内部时钟频率，设计了专用于BSTPLR的高速高精度计数芯片，负责对测距信号产生电路中的时刻鉴别电路输出信号进行计数。数据处理模块则主要由单片机(AT89C51)来实现。系统可以通过键盘预置门控信号的宽度以均衡测量的精度和速度，测量结果采用7位LED数码管显示。本设计在近距离(大尺寸)范围内实验测试时基本满足设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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