FPGA能够减少电子系统的开发风险和开发成本,缩短上市时间,降低维护升级成本,广泛地应用在电子系统中.随着集成电路向着片上系统(SoC)的发展,需要设计出FPGA IP核用于SoC芯片的设计.该论文的工作围绕FPGA IP核的设计进行,在FPGA结构设计优化和FPGAIP接口方案设计两方面进行了研究.设计改进了适用于数据通路的FPGA新结构——FDP.设计改进了可编程逻辑单元(LC);对可编程连线作为"2层2类"的层次结构进行组织,进行了改进并确定了各种连线的通道宽度;结合对迷宫布线算法的分析以及benchmark电路实验的方法,提出了用于分段式网格连线的开关盒和连接盒新结构,提高连线的面积利用效率.在FPGA IP核的接口方案上,基于边界扫描测试电路提出了FPGA IP核的测试方案;结合扩展边界扫描测试电路得到的编程功和自动下载电路,为FPGA IP核提供了具有两种不同编程方法的编程接口.采用SMIC 0.35um 3层金属CMOS工艺,实现了一个10万系统门规模的FDP结构,并和编程、测试接口一起进行版图设计,试制了FDP100k芯片.FDP100k中包括了32×32个LC,128个可编程IO单元.在FDP100k的芯片测试中,对编程寄存器、各种可编程资源进行测试,并完成电路实现、性能参数测试以及IP核接口的测试,结果表明FPGA IP核的整体功能正确.
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上传时间： 2013-04-24
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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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随着计算机和集成电路技术的不断发展,基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流.现场可编程门阵列(FPGA)作为一种可编程专用集成电路(ASIC)已经广泛应用于计算机、通信、航空航天等各个领域.一般来讲,FPGA多用于高速通信和高速信号处理领域,以发挥其处理速度快的特点,本文将其应用于一低速低功耗系统——某水下远程遥控接收系统,主要用其在频域来实现水下远程遥控的解码,取得了令人满意的效果.该文主要做了以下几方面的工作.首先,深入研究和分析了在频域实现水下远程遥控解码的原理并进行了遥控指令编码设计;其次,用ALTERA公司的CYCLONE系列FPGA芯片完成了水下远程遥控FPGA解码芯片的设计工作,包括硬件描述语言(VHDL)编码、电路前后仿真、综合和布局布线工作,并对设计的FPGA解码芯片进行了初步的功耗估算:最后设计制作了一块FPGA解码芯片电路验证测试板,并完成了电路调试和测试.实验测试结果表明,用FPGA实现水下远程遥控解码电路的方案是可行的,可以有效地缩小系统体积、提高系统可靠性,在保证系统性能情况下做到更低的功耗,还可以实现在系统配置和编程,使得系统的调试、升级和维护更加灵活方便.
上传时间： 2013-06-03
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随着星载电子系统复杂度、小型化需求的提高，SoC已经成为应对未来星载电子系统设计需求的解决途径。为了简化设计流程并且提高部件的可重用性，在目前的SoC设计中引入了称之为平台的体系结构模板，用它来描述采用已有的标准核来开发SoC的方法。在星载电子系统中常用部件的分类设计，最终建立一个包括多种功能部件，互连部件和处理部件的设计平台，从而有效的提高星载电子系统的设计能力。在当前NASA和ESA的空间应用中，PCI总线广泛作为背板总线和局部总线，有鉴于此，本研究选择PCI总线作为星载电子系统设计平台要提供的一个互连部件对其进行设计。 针对这一需求，本论文采用自项向下的设计方法对PCI总线从设备控制器的设计与实现进行了研究，对PCI总线协议做了深刻的分析，完成了PCI总线目标设备控制器的设计，采用Verilog HDL对其进行了RTL级的描述。 在该课题的研究中，采用了目前集成电路设计中常见的自顶向下设计方法，使用硬件描述语言Verilog HDL对其进行描述，重点分析了PCI总线设备控制器的设计。以PCI总线协议的分析和理解为基础，对PCI总线设备控制器进行了功能分析和结构划分。根据PCI总线设备控制器的功能和结构划分，对PCI总线目标设备控制器的设计思路和各个子模块电路的设计和实现进行了详细的分析阐述，并且通过编写测试激励程序完成了功能仿真。应用FPGA作为物理验证和实现载体，进行了面向FPGA的电路综合，进行了布局布线后的时序仿真，证明所实现的PCI目标设备控制器符合基本功能要求，在以上基础上完成了PCI目标设备控制器的FPGA实现。通过这整个论文的工作，按照设计、仿真、综合验证及布局布线的步骤，完成了PCI总线目标设备控制器IP软核的设计。
上传时间： 2013-06-07
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数字滤波作为数字信号处理技术的重要组成部分，广泛应用于诸如信号分离、恢复、整形等多种场合中，本文讨论的FIR滤波器因其具有严格的线性相位特性而得到广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性,但目前常用的一些软件或硬件实现方法则难以同时达到两方面的要求。 可编程逻辑器件是一种用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。本课题研究FIR的FPGA解决方案体现电子系统的微型化和单片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR滤波器的基本理论为依据，研究适应工程实际的数字滤波器的设计方法： (2)对分布式算法进行了较为深入的研究。在阐述算法原理的基础上，分析了利用FPGA特有的查找表结构完成这一运算的方法，从而解决了常系数乘法运算硬件实现的问题； (3)以—FIR低通滤波器为例说明FIR数字滤波器的具体实现方法，采用层次化、模块化、参数化的设计思想，完成对整个FIR滤波器的功能模块的划分，以及各个功能模块的具体设计； (4)设计参数可调的FIR低通滤波器的硬件电路：以EPFlK50TCl44-l为核心，包括A/D转换电路、D/A转换电路以及在系统配置电路等。以话音作为输入信号，进行了实际滤波效果的测试。 实验系统的测试结果表明，和传统的数字滤波器相比较具有更好的实时性、准确性、灵活性和实用性。
上传时间： 2013-07-19
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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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现场可编程门阵列(FPGA)是近年来迅速发展起来的新型可编程器件。随着它的不断应用和发展，也使电子设计的规模和集成度不断提高。同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展，数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。快速傅里叶变换(FFT)作为数字信号处理的核心技术之一，是离散傅里叶变换的运算时间缩短了几个数量级。FFT已经成为现代信号处理的重要理论之一。 该文的目的就是研究如何应用FPGA实现FFT算法，研制具有自己知识产权的FFT信号处理器具有重要的理论意义和实用意义。 设计采用基4算法设计了一个具有实用价值的FFT实时硬件处理器。其中使用了改进的CORDIC流水线结构设计了FFT的蝶型运算单元，将硬件不易于实现、运算缓慢的乘法单元转换成硬件易于实现、运算快捷的加法单元。并根据基4算法的寻址特点设计了简单快速的地址发生器。整体采用流水线的工作方式，并将双端口RAM、只读ROM全部内置在FPGA芯片内部，使整个系统的数据交换和处理速度得以提高。 整个设计利用ALTERA公司提供的QUARTUSⅡ4.0开发软件，采用先进的层次化设计思想，使用一片FPGA芯片完成了整个FFT处理器的电路设计。整体设计经过时序仿真和硬件仿真，运行速度达到100MHz以上。
上传时间： 2013-07-01
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纠错码技术是一种通过增加一定冗余信息来提高信息传输可靠性的有效方法。RS码是一种典型的纠错码，在线性分组码中，它具有最强的纠错能力，既能纠正随机错误，也能纠正突发错误，在深空通信、移动通信、磁盘阵列、光存储及数字视频广播(DVB)等系统中具有广泛的应用。 DVD是一种高容量的存储媒质。DVD技术的应用很广泛，在数字技术中占有重要地位。DVD系统中采用里德-所罗门乘积码(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)进行纠错，RS码译码器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在开发阶段具有安全、方便、可随时修改设计等不可替代的优点，在电子系统中采用FPGA可以极大的提升硬件系统设计的灵活性，可靠性，同时提高硬件开发的速度和降低系统的成本。FPGA的固有优点使其得到越来越广泛的应用，FPGA设计技术也被越来越多的设计人员所掌握。 本文首先介绍了编码理论和常用的RS编译码算法，提出RS编码器实现方案，详细分析了译码器的ME算法和改进BM算法的实现，针对ME算法提出了一种流水线结构的纠删纠错RS译码器实现方案，在译码器复杂度和延时上作了折衷，降低了译码器的复杂度并提高了最高工作频率，利用有限域乘法器的特性对编译码电路进行优化。这些技术的采用大大的提高了RS编译码器的效率，节省了RS编译码器占用的资源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上设计并成功实现了RS(208，192)编译码器。
上传时间： 2013-07-20
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直接数字频率合成(DDS)是七十年代初提出的一种新的频率合成技术，其数字结构满足了现代电子系统的许多要求，因而得到了迅速的发展。现场可编程门阵列器件(FPGA)的出现，改变了现代电子数字系统的设计方法，提供了一种全新的设计模式。本论文结合这两项技术，并利用单片机控制灵活的特点，开发了一种双通道波形发生器。在实现过程中，选用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作为产生波形数据的主芯片，充分利用了该芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上选用ATMAL的AT89C51单片机作为控制芯片。本设计中，FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是一个难点，本文利用Altera的设计工具Quartus Ⅱ并结合Verilog-HDL语言，采用硬件编程的方法很好地解决了这一问题。 本文首先介绍了波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用EP1C6Q240C8完成DDS模块的设计过程，这是设计的基础。接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、外围硬件、FPGA器件三个部分来实现。然后就这三个部分分别详细地进行了阐述。并且通过系列实验，详细地分析了该波形发生器的功能、性能、实现和实验结果。最后，结合在设计中的一些心得体会，提出了本设计中的一些不足和改进意见。通过实验说明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA实现基于DDS架构的双路波形发生器是可行的。
上传时间： 2013-04-24
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现场可编程门阵列(FPGA)是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,它结合了微电子技术、电路技术和EDA(Electronics Design Automation)技术。随着它的广泛应用和快速发展,使设计电路的规模和集成度不断提高,同时也带来了电子系统设计方法和设计思想的不断推陈出新。 随着数字电子技术的发展,数字信号处理的理论和技术广泛的应用于通讯、语音处理、计算机和多媒体等领域。离散傅立叶变换(DFT)作为数字信号处理中的基本运算,发挥着重要作用。而快速傅里叶变换(FFT)算法的提出,使离散傅里叶变换的运算量减小了几个数量级,使得数字信号处理的实现变得更加容易。FFT已经成为现代数字信号处理的核心技术之一,因此对FFT算法及其实现方法的研究具有很强的理论和现实意义。 本文主要研究如何利用FPGA实现FFT算法,研制具有自主知识产权的FFT信号处理器。该设计采用高效基-16算法实现了一种4096点FFT复数浮点运算处理器,其蝶形处理单元的基-16运算核采用两级改进的基-4算法级联实现,仅用8个实数乘法器就可实现基-16蝶形单元所需的8次复数乘法运算,在保持处理速度的优势下,比传统的基-16算法节省了75％的乘法器逻辑资源。 在重点研究处理器蝶形单元设计的基础上,本文完成了整个FFT处理器电路的FPGA设计。首先基于对处理器功能和特点的分析,研究了FFT算法的选取和优化,并完成了处理器体系结构的设计；在此基础上,以提高处理器处理速度和减小硬件资源消耗为重点研究了具体的实现方案,完成了1.2万行RTL代码编程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成开发环境中实现了处理器各个模块的RTL设计：随后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000为硬件平台,完成了整个FFT处理器的电路设计实现。 经过仿真验证,本文所设计的FFT处理器芯片运行速度达到了100MHz,占用的FPGA门数为552806,电路的信噪比可以达到50dB以上,达到了高速高性能的设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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