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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H.264/AVC是ITU与ISO/IEC(International Standard Organization/Intemational Electrotechnical Commission国际标准化组织/国际电工委员会)联合推出的活动图像编码标准。作为最新的国际视频编码标准，H.264/AVC与MPEG-4、H.263等视频编码标准相比，性能有了很大提高，并已在流媒体、数字电视、电话会议、视频存储等诸多领域得到广泛的应用。基于上下文的自适应二进制算术编码(Conrext-based Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC)是H.264/AVC的两个熵编码方案之一，相对于另一熵编码方案-CAVLC(基于上下文的自适应可变长编码)，CABAC具有更高的数据压缩率：在同等编码质量下要比CAVLC提高10％～15％的压缩率。CABAC能实现很高的数据压缩率，但这是以增加实现的复杂性为代价的。在已有的硬件实现方法上，CABAC的解码效率并不高。 论文在深入研究CABAC解码算法及其实现流程，并在仔细分析了H.264/AVC码流结构的基础上，总结出了影响CABAC解码效率的各个环节，并以此为出发点，对CABAC解码所需中的各个功能模块进行了优化设计，设计出一种新的CABAC解码器结构，相对于一般的CABAC解码器，它的解码效率得到了显著提高。论文针对影响CABAC解码过程的"瓶颈"问题一多次访问存储部件影响解码速率，提出了新的存储组织方式，并根据CABAC的码流结构特性，采用4个子解码器级联的方式来进一步提高解码速率。 最后，用Verilog语言对所设计的CABAC解码器进行了描述，用EDA软件对其进行了仿真，并在FPGA上验证了其功能，结果显示，该CABAC解码器结构显著提高了解码效率，能够满足高档次实时通讯的要求。
上传时间： 2013-07-03
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H.264/AVC是ITU-T和ISO联合推出的新标准，采用了近几年视频编码方面的先进技术，以较高编码效率和网络友好性成为新一代国际视频编码标准。 本文以实现D1格式的H.264/AVC实时编码器为目标，作者负责系统架构设计，软硬件划分以及部分模块的硬件算法设计与实现。通过对H.264/AVC编码器中主要模块的算法复杂度的评估，算法特点的分析，同时考虑到编码器系统的可伸缩性，可扩展性，本文采用了DSP+FPGA的系统架构。DSP充当核心处理器，而FPGA作为协处理器，针对编码器中最复杂耗时的模块一运动估计模块，设计相应的硬件加速引擎，以提供编码器所需要的实时性能。 H.264/AVC仍基于以前视频编码标准的运动补偿混合编码方案，其中一个主要的不同在于帧间预测采用了可变块尺寸的运动估计，同时运动向量精度提高到1/4像素。更小和更多形状的块分割模式的采用，以及更加精确的亚像素位置的预测，可以改善运动补偿精度，提高图像质量和编码效率，但同时也大大增加了编码器的复杂度，因此需要设计专门的硬件加速引擎。 本文给出了1/4像素精度的运动估计基于FPGA的硬件算法设计与实现，包括整像素搜索，像素插值，亚像素(1/2，1/4)搜索以及多模式选择(支持全部七种块分割模式)。设计中，将多处理器技术和流水线技术相结合，提供高性能的并行计算能力，同时，采用合理的存储器组织结构以提供高数据吞吐量，满足运算的带宽要求，并使编码器具有较好的可伸缩性。最后，在Modelsim环境下建立测试平台，完成了对整个设计的RTL级的仿真验证，并针对Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件进行优化，从而使工作频率最终达到134MHz，分析数据表明该模块能够满足编码器的实时性要求。
上传时间： 2013-07-24
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对弓网故障的检测在列车提速的今天显得尤其重要，原始故障图像数据量的巨大使实时存储和传输故障图像极其困难。JPEG作为一种低复杂度、高压缩比的图像压缩标准在多媒体、网络传输等领域得到广泛的应用。和相同图像质量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前静态图像中压缩比最高的。 FPGA以其设计灵活、高速的卓越特性，逐渐成为许多应用中首先器件，尤其是与Verilog和VHDL等语言的结合，大大变革了电子系统的设计方法，加速了系统的设计进程。 本文旨在研究并实现一种实时采集并对特定帧进行压缩传输的方法。通过采用可编程逻辑器件FPGA来实现整个采集、显示、压缩和传输，使系统具有可定制、高速度等优点。 本文首先介绍了开发硬件可编程逻辑门阵列FPGA及其开发语言Veridlog，并介绍了FPGA的设计方法及开发流程；接着介绍了PAL制视频采集的相关知识及设计，其中主要包括基于I2C总线的模拟视频解码控制、视频的数字化ITU-R BT.601标准介绍及视频同步信号的获取、基于SDRAM的视频帧存储、VGA显示控制设计；随后介绍了JPEG标准，并根据故障检测的特点，设计了针对灰度图像压缩的JPEG编码器，设计中先分别对组成JPEG编码器的二维DCT变换模块、量化模块、Z字扫描模块、变换直流系数的差分脉冲编码模块、交流系数的游程编码模块、哈夫曼编码模块及打包模块进行了仿真测试，然后再对整个JPEG编码器进行了测试；最后设计了单帧视频的SRAM缓存，并将缓存的源图像采用本文设计的JPEG编码器进行压缩，再设计一个仅包含发送功能的UART 将压缩后的码流传输到PC机，在PC机上通过将接收的码流以ASCⅡ码的形式还原为采集图片。 本文实现了整个采集压缩系统，同时也进一步验证了本文设计的灰度图像JPEG编码器的正确性。相信本文无论是对弓网故障的图像检测，还是对于JPEG编码器的芯片设计都有一定的参考价值。
上传时间： 2013-04-24
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随着信息技术和电子技术的进步和日益成熟，计算机数据采集技术得到了广泛应用。由于ISA数据采集卡的固有缺陷，PCI接口的数据采集卡将逐渐取代ISA数据采集卡，成为数据采集的主流。为了简化PCI数据采集卡结构，提高数据采集可靠性，本文研究并开发了一种基于FPGA的PCI结构的数据采集卡系统。 论文对PCI对目标设备数据采集卡实现的原理和方法进行了深入研究，设计了基于FPGA的PCI数据采集卡的硬件电路，通过在FPGA中嵌入了PCI目标设备的IP核与用户逻辑部分，构成了SOPC系统。使用Verilog硬件描述语言设计并实现了FPGA内部采集数据管理、数据管理寄存器和FIFO数据缓冲队列等模块电路。利用ModelSim对PCI系统进行了仿真。完成了系统硬件电路PCB板的设计，最终制作了PCI数据采集卡。 论文针对PCI结构的数据采集卡系统软件需求，研究了WDM设备驱动软件、Windows环境的简易虚拟示波器以及简易虚拟逻辑仪实现原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的软件平台，开发了WDM设备驱动程序。实现了Windows环境的简易虚拟示波器，和简易虚拟逻辑仪。系统测试结果表明该系统设计正确，系统运行稳定，功能和指标达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-22
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在传统的电力电子电路中，DC/DC变换器通常采用模拟电路实现电压或电流的控制。数字控制与模拟控制相比，有着显著的优点，数字控制可以实现复杂的控制策略，同时大大提高系统的可靠性和灵活性，并易于实现系统的智能化。但目前数字控制基本上限于电力传动领域，DC/DC变换器由于其开关频率较高，一般其外围功能由DSP或微处理器完成，而控制的核心，如PWM发生等大多采用专用控制芯片实现。FPGA由于其快速性、灵活性及保密性等优点，近年来在数字控制领域受到越来越多的关注。基于FPGA的DC/DC变换器是电力电子领域重要的研究方向之一。本文研究了同步Buck变换器的建模、设计及仿真，采用Xinlix的VIRTEX-Ⅱ PRO FPGA开发板实现了Buck变换器的全数字控制。 论文首先从Buck变换器的理论分析入手，根据它的物理特性，研究了该变换器的状态空间平均模型和小信号分析。为了获得高性能的开关电源，提出并分析了混杂模型设计方案，然后进行了控制器设计。并采用MATLAB/SIMULINK建立了同步Buck电路的仿真模型，并进行仿真研究。浮点仿真的运算精度与溢出问题，影响了仿真的精度。为了克服这些不足，作者采用了定点仿真方法，得到了满意的仿真结果。论文还着重论述了开关电源的数字控制器部分，数字控制器一般由三个主要功能模块组成：模数转换器、数字脉宽调制器(Digital PulseWidth Modulation：DPWM)和数字补偿器。文中重点研究了DPWM和数字补偿器，阐述了目前高频数字控制变换器中存在的主要问题，特别是高频状态下DPWM分辨率较低，影响控制精度，甚至引起极限环(Limit Cycling)现象，对DPWM分辨率的提高与系统硬件工作频率之间的矛盾、DPWM分辨率与A/D分辨率之间的关系等问题作了全面深入的分析。论文提出了一种新的提高DPWM分辨率的方法，该方法在不提高系统硬件频率的前提下，采用软件使DPWM的分辨率大大提高。作者还设计了两种数字补偿器，并进行了分析比较，选择了合适的补偿算法，达到了改善系统性能的目的。 设计完成后，作者使用ISE 9.1i软件进行了FPGA实现的前、后仿真，验证了所提出理论及控制算法的正确性。作者完成了Buck电路的硬件制作及基于FPGA的软件设计，采用32MHz的硬件晶振实现了11-bit的DPWM分辨率，开关频率达到1MHz，得到了满意的系统性能，论文最后给出了仿真和实验结果。
上传时间： 2013-07-23
上传用户：kristycreasy
光纤水听器自问世以来，在巨大的军事价值和民用价值推动下得到了迅速发展，已逐渐从实验室研究阶段走向工程应用。同时随着光纤水听器的不断发展，对水声信号的检测技术以及数字处理能力也提出了新的要求。论文在此背景下开展了一系列研究工作，并提出了利用FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)实现光纤3×3耦合器解调算法的新思路。 目前干涉型光纤水听器的解调一般采用PGC(Phase Generated Carrier，相位生成载波技术)技术和基于3×3光纤耦合器干涉的解调技术。PGC技术在解调过程中引入了载波信号，它对采样率，激光器等的要求都较高，因此我们把目光投向3×3耦合器解调技术，文中对其解调原理进行了阐述，对采样率的确定进行了讨论，并对3×3耦合器三路输出不对称的情况进行了分析，最后在本文的结论部分提出了基于3×3耦合器解调的改良方案。 目前，光纤信号数字化解调的硬件实现采用DSP(Digital Signal Process，可编程数字信号处理器)信号处理机，与之相比，FPGA解调具有速度快、资源占用少、易于扩展等优势。本文对FPGA与DSP、ASIC(application-specificintegrated circuit，专用集成电路)实现方案进行了对比，分析了适合利用FPGA实现的算法所应具备的特征；介绍了3×3耦合器解调算法中各个模块的设计情况；分析了系统的工作情况，硬件的构造及芯片的选择，最后验证了利用FPGA可以实现3×3耦合器解调算法。
上传时间： 2013-07-03
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遥感图像在人类生活和军事领域的应用日益广泛，适合各种要求的遥感图像编码技术具有重要的现实意义。基于小波变换的内嵌编码技术已成为当前静止图像编码领域的主流，其中就包括基于分层树集合分割排序(Set Partitioning inHierarchical Trees，SPIHT)的内嵌编码算法。这种算法具有码流可随机获取以及良好的恢复图像质量等特性，因此成为实际应用中首选算法。随着对图像编码技术需求的不断增长，尤其是在军事应用领域如卫星侦察等方面，这种编码算法亟待转换为可应用的硬件编码器。 在静止图像编码领域，高性能的图像编码器设计一直是相关研究人员不懈追求的目标。本文针对静止图像编码器的设计作了深入研究，并致力于高性能的图像编码算法实现结构的研究，提出了具有创新性的降低计算量、存储量，提高压缩性能的算法实现结构，并成功应用于图像编码硬件系统中。这个方案还支持压缩比在线可调，即在不改变硬件框架的条件下可按用户要求实现16倍到2倍的压缩，以适应不同的应用需求。本文所做的工作包括了两个部分。 1．一种基于行的实时提升小波变换实现结构：该结构同时处理行变换和列变换，并且在图像边界采用对称扩展输出边界数据，使得图像小波变换时间与传统的小波变换相比提高了将近2.6倍，提高了硬件系统的实时性。该结构还合理地利用和调度内部缓冲器，不需要外部缓冲器，大大降低了硬件系统对存储器的要求。 2．一种采用左遍历的比特平面并行SPIHT编码结构：在该编码结构中，空间定位生成树采用深度优先遍历方式，比特平面同时处理极大地提高了编码速度。
上传时间： 2013-06-17
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本文设计和实现了基于FPGA的数字下变频器DDC，用于宽带数字中频软件无线电接收机中。采用自上向下的模块化设计方法，将DDC的功能划分为基本单元，实现这些功能模块并组成模块库。在具体应用时，优化配置各个模块来满足具体无线通信系统性能的要求。这样做比传统ASIC数字下变频器具有更好的可编程性和灵活性，从而满足不同的工程设计需求。 首先阐述了软件无线电中关键的数字信号处理技术，包括中频处理中的下变频技术、抽取技术以及带通采样技术。利用MATLAB的Simulink完成了对系统的设计与仿真，验证了设计的正确性。之后用QuartusII进行了基于FPGA抽取滤波器和NCO等关键模块的设计，编译后进行了时序仿真，最后在PCB板上实现了实际电路并应用于工程项目中。
上传时间： 2013-08-05
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随着现代互联网规模的不断扩大，网络数据流量迅速增长，传统的路由器已经无法满足网络的交换和路由需求。当前，新一代路由器普遍利用了交换式路由技术，通过使用交换背板以充分利用公共通信链路，有效的提高了链路的利用率，并使各通信节点的并行通信成为可能。硬件系统设计中结合了专用网络处理器，可编程器件各自的特点，采用了基于ASIC，FPGA，CPLD硬件结构模块化的设计方法。基于ASIC技术体系的GSR的出现，使得路由器的性能大大提高。但是，这种路由器主要满足数据业务(文字，图象)的传送要求，不能解决全业务(语音，数据，视频)数据传送的需要。随着网络规模的扩大，矛盾越来越突出，而基于网络处理器技术的新一代路由器，从理论上提出了解决GSR所存在问题的解决方案。 基于网络路由器技术实现的路由器，采用交换FPGA芯片硬件实现的方式，对路由器内部各种单播、多播数据包进行路由转发，实现网络路由器与外部数据收发芯片的数据通信。本文主要针对路由器内部交换FPGA芯片数据转发流程的特点，分析研究了传统交换FPGA所采用的交换算法，针对简单FIFO算法所产生的线头阻塞现象，结合虚拟输出队列(VOQ)机制及队列仲裁算法(RRM)的特点，并根据实际设计中各外围接口芯片，给出了一种消除数据转发过程中出现的线头阻塞的iSLIP改进算法。针对实际网络单播、多播数据包在数据转发处理过程的不同，给出了实际的解决方案。并对FPGA外部SSRAM包缓存带宽的利用，数据转发的包乱序现象及FPGA内部环回数据包的处理流程作了分析并提出了解决方案，有效的提高了路由器数据交换性能。 根据设计方案所采用的算法的实现方式，结合FPGA内部部分关键模块的功能特点及性能要求，给出了交换FPGA内部可用BlockRam资源合理的分配方案及部分模块的设计实现，满足了实际的设计要求。所有处理模块均在xilinx公司的FPGA芯片中实现。
上传时间： 2013-04-24
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