随着计算机和自动化测量技术的日益发展，测量仪器和计算机的关系日益密切。计算机的很多成果很快就应用到测量和仪器领域，与计算机相结合已经成为测量仪器和自动测试系统发展的必然趋势。高度集成的现场可编程门阵列（FPGA）是超大规模集成电路和计算机辅助设计技术发展的结果，由于FPGA器件具备集成度高、体积小、可以利用基于计算机的开发平台，用编写软件的方法来实现专门硬件的功能等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性。 本文研究基于网络的高速数据采集系统的设计与实现问题。论文完成了以FPGA结构为系统硬件平台，uClinux为核心的系统的软件平台设计，进行信号的采集和远程网络监测的功能。 论文从软硬件两方面入手，阐述了基于FPGA器件进行数据采集的硬件系统设计方法，以及基于uClinux操作系统的设备驱动程序设计和应用程序设计。 硬件方面，FPGA采用Xilinx公司Spartan系列的XC3S500芯片，用verilog HDL硬件描述语言在Xilinx公司提供的ISE辅助设计软件中实现FPGA编程。将微处理器MicroBlaze、数据存储器、程序存储器、以太网控制器、数模转换控制器等数字逻辑电路通过CoreConnect技术用OPB总线集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统（SOPC）。采用基于FPGA的SOPC设计的突出优点是不必更换芯片就可以实现设计的改进和升级，同时也可以降低成本和提高可靠性。 软件方面，为了更好更有效地管理和拓展系统功能，移植了uClinux到MicroBlaze软处理器上，设计实现了平台上的ADC设备驱动程序和数据采集应用程序。并通过修订内核，实现了利用以太网TCP/IP协议来访问数据采集程序获得的数据。
上传时间： 2013-05-23
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MPEG-2是MPEG组织在1994年为了高级工业标准的图象质量以及更高的传输率所提出的视频编码标准，其优秀性使之成为过去十年应用最为广泛的标准，也是未来十年影响力最为广泛的标准之一。 本文以MPEG-2视频标准为研究内容，建立系统级设计方案，设计FPGA原型芯片，并在FPGA系统中验证视频解码芯片的功能。最后在0.18微米工艺下实现ASIC的前端设计。完成的主要工作包括以下几个方面： 1.完成解码系统的体系结构的设计，采用了自顶而下的设计方法，实现系统的功能单元的划分；根据其视频解码的特点，确定解码器的控制方式；把视频数据分文帧内数据和帧间数据，实现两种数据的并行解码。 2.实现了具体模块的设计：根据本文研究的要求，在比特流格式器模块设计中提出了特有的解码方式；在可变长模块中的变长数据解码采用组合逻辑外加查找表的方式实现，大大减少了变长数据解码的时间；IQ、IDCT模块采用流水的设计方法，减少数据计算的时间：运动补偿模块，针对模块数据运算量大和访问帧存储器频繁的特点，采用四个插值单元同时处理，增加像素缓冲器，充分利用并行性结构等方法来加快运动补偿速度。 3.根据视频解码的参考软件，通过解码系统的仿真结果和软件结果的比较来验证模块的功能正确性。最后用FPGA开发板实现了解码系统的原型芯片验证，取得了良好的解码效果。 整个设计采用Verilog HDL语言描述，通过了现场可编程门阵列(FPGA)的原型验证，并采用SIMC0.18μm工艺单元库完成了该电路的逻辑综合。经过实际视频码流测试，本文设计可以达到MPEG-2视频主类主级的实时解码的技术要求。
上传时间： 2013-07-27
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随着数码技术的不断发展，数字图像处理的应用领域不断扩大，其实时处理技术成为研究的热点。VLSI技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中FPGA(现场可编程门阵列)的特点使其非常适用于进行一些基于像素级的图像处理。 传统的图像显示系统必须连接到PC才能观察图像视频，存在着高速实时性、稳定性问题。本设计脱离高清晰工业相机必须与PC连接才可以观看到高清晰图像的束缚，实现系统的小型化。针对130万像素彩色1/2英寸镁光CMOS图像传感器，提出用硬件实现Bayer格式到RGB格式转换的设计方案，完成由黑白图像到高清彩色图像的转换，用SDRAM作缓存，输出标准VGA信号，可直接连接VGA显示器、投影仪等设备进行实时的视频图像观看，与模拟相机740X576分辨率(480线)图像相比，设计图像画质相当于1280X1024分辨率(750线)，最高帧率25fps，整个结构应用FPGA作为主控制器，用少量的缓存代替传统的大容量存储，加快了运算速率，减小了电路规模，满足图像实时处理的要求，使展现出来的视频图像得到质的飞跃。可以广泛应用于工业控制和远程监控等领域。 论文研究的重点是采用altera公司EP2C芯片前端驱动CMOS图像传感器，实时采集Bayer图像象素，分析研究CFA图像插值算法，实现了基于FPGA的实时线性插值算法，能够对输入是每像素8bit、分辨率为1280×1204的Bayer模式图像数据进行实时重构，输出彩色RGB图像。由端口FIFO作为数据缓冲，存储一帧图像到高速SDRAM，构建VGA显示控制器，实现对输入是每像素24bit(RGB101010)、分辨率为640×480、帧频25HZ彩色图像进行实时显示。 整个模块结构包括电源模块单元等、CMOS成像单元、FPGA数据处理单元、SDRAM控制单元、VGA显示接口单元。 最后，对系统进行了调试。经实验验证，系统达到了实时性，能正确和可靠的工作。整个设计模块能够满足高帧率和高清晰的实时图像处理，占用系统资源很少，用较少的时间完成了图像数据的转换，提高了效率。
上传时间： 2013-06-08
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现代数字信号处理对实时性提出了很高的要求，当最快的数字信号处理器(DSP)仍无法达到速度要求时，唯一的选择是增加处理器的数目，或采用客户定制的门阵列产品。随着可编程逻辑器件技术的发展，具有强大并行处理能力的现场可编程门阵列(FPGA)在成本、性能、体积等方面都显示出了优势。本文以此为背景，研究了基于FPGA的快速傅立叶变换、数字滤波、相关运算等数字信号处理算法的高效实现。 首先，针对图像声纳实时性的要求和FPGA片内资源的限制，设计了级联和并行递归两种结构的FFT处理器。文中详细讨论了利用流水线技术和并行处理技术提高FFT处理器运算速度的方法，并针对蝶形运算的特点提出了一些优化和改进措施。 其次，分析了具有相同结构的数字滤波和相关运算的特点，采用了有乘法器和无乘法器两种结构实现乘累加(MAC)运算。无乘法器结构采用分布式算法(DA)，将乘法运算转化为FPGA易于实现的查表和移位累加操作，显著提高了运算效率。此外，还对相关运算的时域多MAC方法及频域FFT方法进行了研究。 最后，完成了图像声纳预处理模块。在一片EP2S60上实现了对160路信号的接收、滤波、正交变换以及发送等处理。实验表明，本论文所有算法均达到了设计要求。
上传时间： 2013-06-09
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同步是移动通信领域中的关键技术，是保障通信初始和进行的必要过程，对系统的性能影响重大。纵观移动通信系统的发展史，同步技术自始至终都是人们研究的热点。 @@ WCDMA作为第三代移动通信无线接口标准之一，已经在全世界范围内得到了商用。小区搜索是WCDMA的重要物理层过程，是实现下行移动台和基站间同步的重要手段。 @@ 作为ASIC领域的一种半定制电路，现场可编程门阵列（FPGA）既解决了全定制电路不能修改的不足，又解决了原有可编程器件容量有限的问题。FPGA以其强大的现场可编程能力和开发速度优势，逐渐成为ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 @@ 因此，研究WCDMA同步算法及其在FPGA中的实现与验证是具有理论和现实意义的。本文首先介绍了WCDMA物理层基础，接着详细讨论了WCDMA主同步、辅同步和导频同步的原理，介绍了前两步同步的改进型算法和证明，并和传统相关算法在资源和实现复杂度方面进行了比较，给出了下行同步的浮点仿真结果和分析。之后，深入讨论了下行同步的FPGA （V4-SX-35）实现方案、运算流程和模块间的接口设计。最后，介绍了下行同步的FPGA验证方法。 @@ 本文较为深入的讨论了WCDMA下行同步的算法和FPGA实现方案，给出了理论分析和仿真、实验结果。并在低复杂度和资源开销条件下，完成了FPGA的硬件设计和片上测试，达到了系统的性能指标。 @@关键词：WCDMA；同步；小区搜索；FPGA
上传时间： 2013-04-24
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无线局域网(WLAN)是未来移动通信系统的重要组成部分。由于摆脱了有线连接的束缚，无线局域网具有移动性好、成本低以及网络传输故障少等诸多优点，得到了越来越广泛的发展与应用。正交频分复用(OFDM)技术具有抗多径衰落，频谱利用率高等优点，特别适合于无线环境下的高速数据传输，是高速无线局域网的首选技术之一。从IEEE802.11a，IEEE802.11g到IEEE802.1n都是以OFDM为基础。随着OFDM技术的普及以及下一代通信技术对OFDM的青睐，研究与实现应用于无线局域网的OFDM关键技术具有一定的意义。 本文首先介绍了WLAN的基本概念及相关协议标准和OFDM系统的工作原理，并描述了基于IEEE802，11a和IEEE802.11n标准的OFDM系统的数据帧结构以及系统参数。文中对OFDM传输系统的关键算法进行了详细的研究。然后以Xilinx公司的ISE10.1为软件平台，利用VHDL描述的方式，并以FPGA(现场可编程门阵列)芯片SPARTAN-3E为硬件平台，研究实现了适用于IEEE802.11a和IEEE802.11n的64点16bits复数块浮点结构的FFT模块，(2，1，7)卷积编码和维特比译码模块，以及分组检测和符号定时模块，并进行了仿真、综合、下载验证等工作。
上传时间： 2013-06-25
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扩频通信，即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。 扩频通信是将待传送的信息数据用伪随机编码序列，也即扩频序列(SpreadSequence)调制，实现频谱扩展后再进行传输。接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复出原始信息数据。 扩频通信系统与常规的通信系统相比，具有很强的抗人为干扰，抗窄带干扰，抗多径干扰的能力，并具有信息隐蔽、多址保密通信等特点。 现场可编辑门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)提供了极强的灵活性，可让设计者开发出满足多种标准的产品。FPGA所固有的灵活性和性能也可让设计者紧跟新标准的变化，并能提供可行的方法来满足不断变化的标准要求。 EDA 工具的出现使用户在对FPGA设计的输入、综合、仿真时非常方便。EDA打破了软硬件之间最后的屏障，使软硬件工程师们有了真正的共同语言，使目前一切仍处于计算机辅助设计(CAD)和规划的电子设计活动产生了实在的设计实体论文对扩频通信系统和FPGA设计方法进行了相关研究，并且用Altera公司的最新的FPGA开发平台QuartusII实现了一个基带扩频通信系统的发送端部分，最后用软件Protel99SE设计了相应的硬件电路。 该系统的设计主要分为两个部分。第一部分是用QuartusII软件设计了系统的VHDL语言描述代码，并对系统中每个模块和整个系统进行相应的功能仿真和时序时延仿真；第二部分是设计了以FPGA芯片EP1C3T144C8N为核心的系统硬件电路，并进行了相关测试，完成了预定的功能。
上传时间： 2013-07-26
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本文对基于FPGA的对象存储控制器原型的硬件设计进行了研究。主要内容如下： ⑴研究了对象存储控制器的硬件设计，使其高效完成对象级接口的智能化管理和复杂存储协议的解析，对对象存储系统整体性能提升有重要意义。基于SoPC(片上可编程系统)技术，在FPGA(现场可编程门阵列)上实现的对象存储控制器，具有功能配置灵活，调试方便，成本较低等优点。 ⑵采用Cyclone II器件实现的对象存储控制器的网络接口，包含处理器模块、内存模块、Flash模块等核心组成部分，提供千兆以太网的网络接口和PCI(周边元件扩展接口)总线的主机接口，还具备电源模块、时钟模块等以保证系统正常运行。在设计实现PCB(印制电路板)时，从叠层设计、布局、布线、阻抗匹配等多方面解决高达100MHz的全局时钟带来的信号完整性问题，并基于IBIS模型进行了信号完整性分析及仿真。针对各功能模块提出了相应的调试策略，并完成了部分模块的调试工作。 ⑶提出了基于Virtex-4的对象存储控制器系统设计方案，Virtex-4内嵌PowerPC高性能处理器，可更好地完成对象存储设备相关的控制和管理工作。实现了丰富的接口设计，包括千兆以太网、光纤通道、SATA(串行高级技术附件)等网络存储接口以及较PCI性能更优异的PCI-X(并连的PCI总线)主机接口；提供多种FPGA配置方式。使用Cadence公司的Capture CIS工具完成了该系统硬件的原理图绘制，通过了设计规则检查，生成了网表用作下一步设计工作的交付文件。
上传时间： 2013-04-24
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本文着重研究用现场可编程门阵列(FPGA)来开发设计精插补芯片。选用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8芯片设计了逐点比较法，数字积分法和比较积分法三种经典插补算法，并对各种算法模块进行了仿真验证。又设计了三个算法选通信号，将三种算法模块综合成了一个整电路。 在完成了FPGA内部三种算法的实现后，设计以一个STC单片机为粗插补处理器的FPGA实验开发系统，并制作了PCB板。实验开发系统板中设计了单片机程序下载和的FPGA下载配置电路，并且配有FPGA专用配置芯片，能实现FPGA上电自动配置。可用该实验系统板进行精插补芯片的设计与开发，以及对所完成设计的功能进行验证。 为验证所设计芯片的插补功能，编写了单片机粗插补程序，将产生的粗插补坐标增量发给FPGA进行插补实验，得到了理想的插补输出脉冲。又编写了单片机脉冲处理程序，读回了FPGA的输出脉冲，并由串口发送给PC机。最后通过编写PC机的串口通信程序以及根据插补脉冲绘图的程序，把FPGA的输出脉冲绘制成了插补轨迹图形。 最终绘图结果显示，在20M输入时钟频率下，由插补脉冲生成的插补轨迹图形正确，验证了本文设计的三种插补算法功能的正确性。本设计插补芯片达到了高速插补功能要求。
上传时间： 2013-04-24
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I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司开发的用于芯片之间连接的串行总线，以其严格的规范、卓越的性能、简便的操作和众多带I2C接口的外围器件而得到广泛的应用并受到普遍的欢迎。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用Verilog/FPGA来实现一个随机读/写的I2C接口电路，实现与外围I2C接口器件E2PROM进行数据通信，实现读、写等功能，传输速率实现为100KBps。在Modelsim6.0仿真软件环境中进行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li开发平台上进行了下载，搭建外围电路，用Agilem逻辑分析仪进行数据采集，分析测试结果。 首先，介绍了微电子设计的发展概况以及设计流程，重点介绍了HDL/FPGA的设计流程。其次，对I2C串行总线进行了介绍，重点说明了总线上的数据传输格式并对所使用的AT24C02 E2PROM存储器的读／写时序作了介绍。第三，基于Verilog _HDL设计了随机读/写的I2C接口电路、测试模块和显示电路；接口电路由同步有限状态机(FSM)来实现；测试模块首先将数据写入到AT24C02的指定地址，接着将写入的数据读出，并将两个数据显示在外围LED数码管和发光二极管上，从而直观地比较写入和输出的数据的正确性。FPGA下载芯片为Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent逻辑分析仪进行传输数据的采集，分析数据传输的时序，从而验证电路设计的正确性。最后，论文对所取得的研究成果进行了总结，并展望了下一步的工作。
上传时间： 2013-06-27
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