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.
标签： FPGAIP
上传时间： 2013-04-24
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JPEG2000是由ISO/ITU-T组织下的IEC JTC1/SC29/WG1小组制定的下一代静止图像压缩标准.与JPEG(Joint Photographic Experts Group)相比,JPEG2000能够提供更好的数据压缩比,并且提供了一些JPEG所不具有的功能[1].JPEG2000具有的多种特性使得它具有广泛的应用前景.但是,JPEG2000是一个复杂编码系统,目前为止的软件实现方案的执行时间和所需的存储量较大,若想将JPEG2000应用于实际中,有着较大的困难,而用硬件电路实现JPEG2000或者其中的某些模块,必然能够减少JPEG200的执行时间,因而具有重要的意义.本文首先简单介绍了JPEG2000这一新的静止图像压缩标准,然后对算术编码的原理及实现算法进行了深入的研究,并重点探讨了JPEG2000中算术编码的硬件实现问题,给出了一种硬件最优化的算术编码实现方案.最后使用硬件描述语言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)在寄存器传输级(Register Transfer Level,RTL描述了该硬件最优化的算术编码实现方案,并以Altera 20K200E FPGA为基础,在Active-HDL环境中进行了功能仿真,在Quartus Ⅱ集成开发环境下完成了综合以及后仿真,综合得到的最高工作时钟频率达45.81MHz.在相同的输入条件下,输出结果表明,本文设计的硬件算术编码器与实现JPEG2000的软件:Jasper[2]中的算术编码模块相比,处理时间缩短了30﹪左右.因而本文的研究对于JPEG2000应用于数字监控系统等实际应用有着重要的意义.
上传时间： 2013-05-16
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本文对TCN中的MVB技术进行了研究，并在深入了解MVB的通信机制的基础上，提出了采用FPGA替代MVB控制器专用芯片的解决方法。根据TCN协议，连接在MVB上的设备可以分为5类，其中1类设备可以在不需要CPU的基础上实现自动通信，最为常用。本设计的目的就是采用FPGA替代MVB1类设备控制器。 文章采用自顶向下的模块化设计方法，根据MVB1类设备控制器要实现的功能，将设计划分为3个模块：发送模块、接收模块和MVB1类模式控制模块。其中发送模块又划分为位控制单元、CRC生成单元、FIFO单元和曼彻斯特编码单元等。接收模块又划分为帧起始检测单元、时钟恢复单元、帧分界符检测单元、数据译码单元、CRC校验单元、译码控制单元和长度错误检测单元等。MVB1类模式控制模块又划分为报文错误处理单元、主帧寄存器单元、TM控制单元和主控单元等。上述各模块的RTL级设计都是采用硬件描述语言Verilog实现的。
上传时间： 2013-07-21
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利用混沌的对初值和参数敏感、伪随机以及遍历等特性设计的加密方案,相对传统加密方案而言,表现出许多优越性能,尤其在快速置乱和扩散数据方面.目前,大多数混沌密码倾向于软件实现,这些实现方案中数据串行处理且吞吐量有限,因而不适合硬件实现.该论文分别介绍了适合FPGA(现场可编程门阵列)并行实现的序列密码和分组密码方案.序列密码方案,对传统LFSR(线性反馈移位寄存器)进行改进,采用非线性的混沌方程代替LFSR中的线性反馈方程,进而构造出基于混沌伪随机数发生器的加密算法.分组密码方案,从图像置乱的快速性考虑,将两维混沌映射扩展到三维空间;同时,引入另一种混沌映射对图像数据进行扩散操作,以有效地抵抗统计和差分攻击.对于这两种方案,文中给出了VHDL(硬件描述语言)编程、FPGA片内功能模块设计、加密效果以及硬件性能分析等.其中,序列密码硬件实现方案,在不考虑通信延时的情况下,可以达到每秒61.622兆字节的加密速度.实验结果表明,这两种加密算法的FPGA实现方案是可行的,并且能够得到较高的安全性和较快的加密速度.
上传时间： 2013-04-24
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本论文利用FPGA可编程逻辑器件和硬件描述语言Verilog，采用自顶向下的设计方法，开发了一款基于PCI总线的高速数据采集卡。本数据采集系统中，采用PLX公司生产的PLX9080作为PCI总线接口芯片。用4片每片容量为8MB的SDRAM作为数据采集的前端和PCI总线的数据缓冲。用ALTERA公司生产的Cyclone系列FPGA实现PCI接口芯片PLX9080的时序逻辑、对数据采集通道的前端控制以及对SDRAM的读写控制。 在本论文将重点放在了用硬件描述语言Verilog进行FPGA硬件逻辑编程上。本论文按照自顶向下的设计方法，详细论述了PCI接口转化电路模块、SDRAM存储片子读写控制电路模块、FPGA内部寄存器读写控制电路模块以及用于RF端的自动增益控制电路AGC模块的设计。
上传时间： 2013-04-24
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嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。目前，嵌入式系统己经广泛应用到工业、交通、能源、通信、科研、医疗卫生、国防以及日常生活等领域，并不断朝着体积小，功能强的方向发展。嵌入式系统不同于原来的单片机系统，它不仅有自己的操作系统，上层应用程序，而且还具备网络通信和信息管理的功能。 ARM体系的处理器是目前嵌入式系统中使用最广泛的处理器。它采用了RISC技术，具有寻址方式简单，寄存器多，指令长度固定等的特点使得它的处理速度快，执行效率高。由于Linux对于ARM技术的支持，具有内核可裁减，网络功能强大，代码开放的特点，把Linux应用到嵌入式系统中，能充分发挥ARM和Linux的优势。 论文以“掌上中文语言学习系统”项目为依托，以ARM体系处理器和Ljnux操作系统的嵌入式系统为基础，构建一个掌上语言学习设备。 论文首先进行了开发环境的设计与搭建，对开发主机进行TFTP服务器、NFS服务器、minicom串口通信和GNU交叉工具链进行配置。实现了针对NAND闪存的U-Boot启动程序的建立，并对Linux操作系统内核进行了移植工作。最后利用图形界面系统MiniGUI和远程调试技术实现了掌上语言学习的软件功能。
上传时间： 2013-07-24
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USB2．0接口和基于ARM核的SOC系统的应用已经非常广泛，特别在电子消费类领域。包含USB2,0接口的ARM系统则更是市场的需求。本文介绍一种基于ARM核的USB2,0接口IP(AHB_USB2.0)的设计，主要对其中的串行接口引擎(SIE)的设计进行讨论。 该 AHB_USB2.0 IP核支持USB2.0协议，并兼容USB1.1协议；支持AMBA2.0协议和UTMI 1.05协议。该IP核一侧通过UTMI接口或ULPI接口的PHY与USB2.0主机端进行通信；另一侧则通过AHB总线与ARM相连。 AHB_USB2.0 IP核在硬件上分为三个大模块：ULPI模块(ULPI)、串行接口引擎(SIE)模块和AHB总线接口模块(AHB)。ULPI模块实现了UTMI接口转ULPI接口。串行接口引擎(SIE)模块为USB2.0的数据链路层协议处理模块，为整个IP核的核心部分，进一步分为四个子模块——GLC(全局控制模块)，PIE(PHY接口处理引擎)，SIF(系统接口逻辑)和EPB(端点缓冲模块)。GLC模块负责整个IP的复位控制，IP时钟的开关提示等；PIE模块负责处理USB的事务级传输，包括组包解包等；SIF模块负责协议相关寄存器组和端点缓冲区的读写，跨时钟域信号的处理和PIE所需的控制信号的产生；AHB模块负责IP核与ARM通信和DMA功能的实现。 该IP核的软件设计遵循USB协议，Bulk Only协议和UFI协议，由外挂ARM实现USB设备命令和UFI命令的解析，并执行相应的操作。设计了IP核与ARM之间的多种数据传输方法，通过软件实现常规数据读写访问、内部DMA或外部DMA等多种方式的切换。 本IP已经通过EDA验证和FPGA测试，并且已经在内嵌ARM核的FPGA系统上实现了多个U盘。这个FPGA系统的正确工作，证明了AHB_USB2.01P核设计是正确的。
上传时间： 2013-05-17
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本文从AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系统的开发着手，研究了AES算法的设计原则、数学知识、整体结构、算法描述以及AES存住的优点利局限性。 针对ARM核的体系结构及特点，对AES算法进行了优化设计，提出了从AES算法本身和其结构两个方面进行优化的方法，在算法本身优化方面是把加密模块中的字节替换运算、列混合运算和解密模块中的逆列混合运算中原来的复杂的运算分别转换为简单的循环移位、乘和异或运算。在算法结构优化方面是在输入输山接口上采用了4个32位的寄存器对128bits数据进行了并行输入并行输出的优化设计；在密钥扩展上的优化设计是采用内部扩展，即在进行每一轮的运算过程的同时算出下一轮的密钥，并把下一轮的密钥暂存在SRAM里，使得密钥扩展与加/解密运算并行执行；加密和解密优化设计是将轮函数查表操作中的四个操作表查询工作合并成一个操作表查询工作，同时为了使加密代码在解密代码中可重用，节省硬件资源，在解密过程中采用了与加密相一致的过程顺序。 根据上述的优化设计，基于ARM核嵌入式系统的ADS开发环境，提出了AES实现的软硬件方案、AES加密模块和解密模块的实现方案以及测试方案，总结了基于ARM下的高效编程技巧及混合接口规则，在集成开发环境下对算法进行了实现，分别得出了初始密钥为128bits、192bits和256bits下的加密与解密的结果，并得剑了正确验证。在性能测试的过程中应用编译器的优化选项和其它优化技巧优化了算法，使算法具有较高的加密速度。
上传时间： 2013-04-24
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该课题通过对开放式数控技术的全面调研和对运动控制技术的深入研究,并针对国内运动控制技术的研究起步较晚的现状,结合激光雕刻领域的具体需要,紧跟当前运动控制技术研究的发展趋势,吸收了世界开放式数控技术和相关运动控制技术的最新成果,采纳了基于DSP和FPGA的方案,研制了一款比较新颖的、功能强大的、具有很大柔性的四轴多功能运动控制卡.该论文主要内容如下:首先,通过对制造业、开放式数控系统、运动控制卡等行业现状的全面调研,基于对运动系统控制技术的深入学习,在比较了几种常用的运动控制方案的基础上,确定了基于DSP和FPGA的运动控制设计方案,并规划了板卡的总体结构.其次,针对运动控制中的一些具体问题,如高速、高精度、运动平稳性、实时控制以及多轴联动等,在FPGA上设计了功能相互独立的四轴运动控制电路,仔细规划并定义了各个寄存器的具体功能,设计了功能完善的加/减速控制电路、变频分配电路、倍频分频电路和三个功能各异的计数器电路等,完全实现了S-曲线升降速运动、自动降速点运动、A/B相编码器倍频计数电路等特殊功能.再次,介绍了DSP在运动控制中的作用,合理规划了DSP指令的形成过程,并对DSP软件的具体实现进行了框架性的设计.然后,根据光电隔离原理设计了数字输入/输出电路;结合DAC原理设计了四路模拟输出电路;实现了PCI接口电路的设计;并针对常见的干扰现象,提出了有效的抗干扰措施.最后,利用运动控制卡强大的运动控制功能,并针对激光雕刻行业进行大幅图形扫描时需要实时处理大量的图形数据的特别需要,在板卡第四轴完全实现了激光控制功能,并基于FPGA内部的16KBit块RAM,开辟了大量数据区以便进行大幅图形的实时处理.
上传时间： 2013-06-09
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随着SOC技术、IP技术以及集成电路技术的发展，RISC软核处理器的研究与开发设计开始受到了人们的重视。基于FPGA的RISC软核处理器在各个行业开始得到了广泛的应用，特别是在一些基于FPGA的嵌入式系统中有着越来越广泛的应用前景。 该论文在研究了大量国内外技术文献的基础上，总结了RISC处理器发展的现状与水平。认真分析了RISC处理器的基本结构，包括总线结构，流水线处理的原理，以及流水线数据通路和流水线控制的原理；并详细分析了该设计采用的指令集——MIPS指令集的内在结构。设计出了一个32位RISC软核处理器，这个软核处理器采用五级流水线结构，能完成加法、减法、逻辑与、逻辑或、左移右移等算术逻辑操作，以及它们的组合操作。通过软件仿真和在Altera的FPGA开发板上进行验证，证明了所设计的32位RISC处理器能准确的执行所选用的MIPS指令集，运行速度能达到30MHz，功能良好。 通过对所设计对象特点及其可行性的研究，选用了Altera公司QuartusⅡ软件作为设计与仿真验证的环境。在设计方法上，该课题采用了自顶向下的设计方法。在设计过程中采用了边设计边验证这种设计与验证相结合的设计流程，大大提高了设计的可靠性。该课题在设计过程中还提出了两个有效的设计思路：第一是在32位寄存器的设计中利用FPGA的内部RAM资源来设计，减少了传输延时，提高了运行速度，并大大减少了对FPGA内部资源的占用；第二是在系统架构上采用了柔性化的设计方法，使得设计可以根据实际的需求适当的增减相应的部件，以达到需求与性能的统一。这两个方法都有效地解决了设计中出现的问题，提高了处理器的性能。
上传时间： 2013-07-21
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