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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微电子技术的发展，特别是可编程逻辑器件的产生加速了电子设计技术的发展，现代电子设计技术的核心日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA技术。EDA技术采用的自顶向下设计流程代替了原有的自下而上设计流程，缩短了集成电路的开发周期，节省了开发费用，促进了集成电路的发展。布局布线是计算机设计自动化的一个重要环节，也是计算机辅助设计的一个重要课题，其性能的好坏直接影响到电子设计自动化技术的可靠性。 本文首先介绍了布局布线前的背景知识，然后对学术上成熟的VPR布局布线工具所采用的算法进行了阐述，分别介绍用于布局的模拟退火算法和布线的A*迭代式迷宫搜索算法，最后重点研究了自动布线算法，并作出了以下改进；根据FPGA布线算法的需要对双向启发式搜索算法进行了相应的理论分析及改进；基于VPR实现了网线递增排序方法，并与网线递减排序进行了比较；在原有的时序驱动布线启发式函数中引入了面积约束条件以节约FPGA布线的面积。 通过对测试数据的分析比较，发现：引入双向启发式搜索算法能大大增加布线拆线的速度；递增有序比递减有序布线减少了运行时间；时序驱动布线算法中引入面积约束后，大大减少了布线面积。
上传时间： 2013-07-17
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本文提出了一种高速Viterbi译码器的FPGA实现方案。这种Viterbi译码器的设计方案既可以制成高性能的单片差错控制器，也可以集成到大规模ASIC通信芯片中，作为全数字接收的一部分。 本文所设计的Viterbi译码器采用了基四算法，与基二算法相比，其译码速率在理论上约提升一倍。加一比一选单元是Viterbi译码器最主要的瓶颈所在，本文在加一比一选模块中采用了全并行结构的设计方法，这种方法虽然增加了硬件的使用面积，却有效的提高了译码器的速率。在幸存路径管理部分采用了两路并行回溯的设计方法，与寄存器交换法相比，回溯算法更适用于FPGA开发设计。为了提高译码性能，减小译码差错，本文采用较大译码深度的回溯算法以保证幸存路径进行合并。实现了基于FPGA的误码测试仪，在FPGA内部完成误码验证和误码计数的工作。 与基于软件实现译码过程的DSP芯片不同，FPGA芯片完全采用硬件平台对Viterbi译码器加以实现，这使译码速率得到很大的提升。针对于具体的FPGA硬件实现，本文采用了硬件描述语言VHDL来完成设计。通过对译码器的综合仿真和FPGA实现验证了该方案的可行性。译码器的最高译码输出速率可以达到60Mbps。
上传时间： 2013-04-24
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加密算法一直在信息安全领域起着无可替代的作用,它直接影响着国家的未来和发展.随着密码分析水平、芯片处理能力和计算技术的不断进步,原有的数据加密标准(DES)算法及其变形的安全强度已经难以适应新的安全需要,其实现速度、代码大小和跨平台性均难以继续满足新的应用需求.在未来的20年内,高级加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.高级加密标准算法是采用对称密钥密码实现的分组密码,支持128比特分组长度及128比特、192比特与256比特可变密钥长度.无论在反馈模式还是在非反馈模式中使用AES算法,其软件和硬件对计算环境的适应性强,性能稳定,密钥建立时间优良,密钥灵活性强.存储需求量低,即使在空间有限的环境使用也具备良好的性能.在分析高级加密标准算法原理的基础上,描述了圈变换及密钥扩展的详细编制原理,用硬件描述语言(VHDL)描述了该算法的整体结构和算法流程.详细论述了分组密码的两种运算模式(反馈模式和非反馈模式)下算法多种体系结构的实现原理,重点论述了基本体系结构、循环展开结构、内部流水线结构、外部流水线结构、混合流水线结构及资源共享结构等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基础上,采用自顶向下设计思想,论述了高级加密标准算法的FPGA设计方法,提出了具体模块划分方法并对各个模块的实现进行了详细论述.圈变换采用内部流水线结构,多个圈变换采用资源共享结构,密钥调度与加密运算并行执行.占用芯片面积及引脚资源较少,在芯片选型方面具有很好的适应性.
上传时间： 2013-06-20
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信息技术的不断发展,对信息的安全提出了更高的要求.在应用公钥密码体制的时候,对密钥长度要求越来越大,处理的速度要求越来越快.而基于椭圆曲线离散对数问题的椭圆曲线密码体制,因其每比特最大的安全性,受到了越来越广泛的注意.椭圆曲线密码体制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速实现也成为一个关注的方面.该文按照确定有限域、选取曲线参数、划分结构模块、优化模块算法、实现模块设计,验证模块功能的顺序进行书写.为了硬件实现上的方便,设计选择了含有Ⅱ型优化正规基的伽略域GF(2191),并在该域上构造了随机的椭圆曲线.根据层次化、结构化的设计思路,将椭圆曲线上的标量乘法运算划分成两个运算层次:椭圆曲线上的运算和有限域上的运算.模块划分之后,利用自底向上的设计思路,主要针对有限域上的乘法运算进行了重要的改进,并对加法群中的标量乘运算的算法进行了分析、证明,以达到面积优化和快速执行的效果.具体设计中,采用硬件描述语言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平台上进行电路设计.完成了各个模块的设计输入和仿真.设计选用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方软件Quartus Ⅱ 2.2进行综合、布局、布线和时序仿真.文中给出了椭圆曲线上的点加、倍点和标量乘法模块的具体设计结构框图.并且根据椭圆曲线的标量乘特点,提出了合适的验证方案.该设计完成了椭圆曲线上的标量乘法运算.设计主要针对资源受限的应用环境:改进了有限域上的乘法运算、使用了没有预处理的标量乘算法.改进后的椭圆曲线标量乘法需要2,741,998个逻辑单元,在100MHz的时钟约束下,运行一次标量乘法运算需要567.69us.该次设计的结果可以直接用来构造椭圆曲线上的签名、验证、密钥交换等算法.
上传时间： 2013-05-24
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语音识别技术是信息技术领域的重要发展方向之一,小词汇量非特定人孤立词语音识别是语音识别领域中一个具有广泛应用背景的分支,在家电遥控、智能玩具、人机交互等领域有着重要的应用价值.语音识别芯片从20世纪90年代开始出现,目前的语音识别芯片都是以DSP为核心集成的语音识别系统,算法主要通过软件实现,为了提高速度和降低成本,下一代语音识别芯片将设计成软硬件协同实现,本文的目的是使用全硬件方法实现语音识别算法,为软硬件协同实现的方案提供参考.本论文主要完成了以下工作:(1)在选定的FPGA平台上,完成了整个系统的硬件设计.(2)对于硬件中难于实现而且占用较多资源的乘法器、求对数、求平方根以及快速傅立叶变换等关键模块,本文都根据电路的具体特点,给出了巧妙的实现方案,完成了算法需要的功能.(3)设计中使用了模块复用和流水线技术.(4)根据设计结果,给出了各个模块占用的硬件资源和运行速度.实验结果表明,本文所设计的硬件系统能够正常工作,在速度和面积方面都达到了设计要求.
上传时间： 2013-06-12
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正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术，它具有频谱利用率高、抗多径能力强等特点，在宽带无线多媒体通信领域中受到了广泛的关注。 OFDM系统可分为连续工作模式和突发工作模式。在IEEE802.11a、HiperLANType2等无线局域网标准中采用了OFDM的突发工作模式，该模式下的接收机首先对符合某种特定格式的帧做出检测。本文介绍了一种基于最小错误概率准则的帧检测算法，提出了该算法的FPGA实现方案。 同步技术是OFDM最关键的技术之一，它包括载波频率同步和符号同步。载波频率同步是为了纠正接收端相对于发送端的载波频率偏移，以保证子载波间的正交性；符号同步确定OFDM符号有用数据信息的开始时刻，也就是确定FFT窗的开始时刻。本文首先介绍了一种基于自相关的载波频率同步算法，给出了它的FPGA实现方案，重点讲述了其中用到的Cordic算法及其实现；然后介绍了分别基于互相关和自相关的两种符号同步算法，给出了各自的FPGA实现方案，从实现的角度比较了两种算法的优缺点，并且在FPGA设计中体现了面积复用和流水线操作的设计思想。 文章最后介绍了系统调试的情况，总结出一种ChipScopePro与Matlab相结合的调试方法，该方法在FPGA调试方面具有一定的通用性。
上传时间： 2013-07-16
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本文以符号多项式理论为基础，从理论上论证了任意长度比特组合的CRC校验码的并行算法，提出了并行CRC计算的数学模型，并且以8位二进制序列(即一个字节)为例，介绍了利用此数学模型计算校验码的方法，最后给出了与此算法相对应的VHDL模型。经过对实验数据的对比分析，表明文中所提并行CRC算法的关键路径延迟和硬件面积都得到了优化，以Top-Down设计方法给出了一种HDLC协议控制器的设计方案，用VHDL语言进行了行为级描述，采用Xilinx公司的FPGA产品进行实现。
上传时间： 2013-06-09
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近些年来，FPGA已经成为现代电子、半导体行业的最重要组成部分之一，针对FPGA的综合技术的研究是电子设计自动化技术的重要研究方向。逻辑综合是FPGA综合的重要步骤，它包括逻辑优化和工艺映射。本文主要研究了针对一种新型ALM(Adaptive Logic Model)结构FPGA的工艺映射算法。 论文首先对已有FPGA逻辑综合技术进行了全面的总结，从逻辑优化和工艺映射两个方面分析了传统算法对ALM结构FPGA的适应性，通过分析我们得出结论，传统的逻辑优化算法仍然能够适用于ALM结构FPGA的逻辑综合，而工艺映射算法则需要进行改进。 在以上分析的基础上，根据ALM结构的特点，论文提出了一种以面积优化为主，同时考虑延迟的针对ALM结构FPGA的工艺映射算法——ALMmap。该算法包括几个子算法，递减迭代装箱算法能够很好的适应ALM结构的灵活性；通过ALM装箱算法并加入共享输入处理，将多个LUT装入一个ALM结构中；再汇聚路径的处理有助于提高效率和减少面积；算法在已有的多级分解算法基础上考虑了延迟因素，在不降低面积优化效果的同时降低了延迟；通过全局优化从全局范围对面积进行了进一步的优化。 最后，我们对ALMmap算法与传统算法进行了测试与比较，通过实验数据表明，ALMmap能够很好的发挥ALM结构的灵活性，考虑延迟的多级分解算法能够很好的降低延迟，与传统基于K-LUT的工艺映射算法相比，具有更好的面积与延迟综合性能。
上传时间： 2013-06-24
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本文对基于FPGA的CCSDS图像压缩和AES加密算法的实现进行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS图像压缩算法，并根据其编码方案，设计并实现了相应的编解码器。从算法性能和硬件实现复杂度两个方面，将该算法与具有类似算法结构的JPEG2000和SPIHT图像压缩算法作比较分析； (2)利用硬件描述语言VerilogHDL实现CCSDS图像压缩算法和AES加密算法； (3)优化算法复杂度较大的功能模块，如小波变换模块等。使用双端口内存模块增加数据读写速度，利用DSP块处理核心运算单元，从而很大程度上提高了模块的运行速度，并降低了芯片的使用面积； (4)设计并实现系统的模块级流水线，在几乎不增加占用芯片面积的情况下，提高了系统的数据吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。在硬件系统测试阶段，设计并实现FPGA与PC机的串口通信模块，提高了系统验证的工作效率。
上传时间： 2013-05-19
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