随着电子技术和信息技术的发展,可编程逻辑器件的应用领域越来越宽。可编程SoC设计已成为SoC设计的新方法。论文介绍了可编程逻辑器件的设计方法和开发技术,并用硬件描述语言和FPGA/CPLD设计技术,探索和研究了基于FPGA的RISCMCU的设计与实现过程。 论文参照Mircochip公司的PICl6C5X单片机的体系结构,设计了8位RISCMCU。该嵌入式MCU设计采用了自顶向下的设计方法和模块化设计思想。MCU总体结构设计划分控制模块、ALU模块、存储模块三大模块。然后,对各模块的具体技术实现细节分别进行了阐述。论文中设计的MCU能实现PICl6C5X单片机33条指令中除OPTION、CLRWDT、SLEEP和TRIS四条指令以外的其余29条指令的功能,但应用是基于FPGA的,能与其他外设IP方便的结合在一起使用,比ASIC的PICl6C57X的应用更具灵活性。 软件仿真和硬件验证表明:所设计的嵌入式MCU在各方面均达到了一定的性能指标,在Altera公司ACEX1K系列的EPlK30TCl44-3器件上的工作频率达21.88MHz。这些为自主设计R/SCMCU的IP核提供了值得借鉴的探索成果和设计思路,在通用控制领域也有一定的实用价值。 此外,论文中还介绍了三相SPWM控制模块的设计,该模块具有死区时间和载波比任意可调的特点,可以单独应用,也可以作为MCU的外设子模块应用。
上传时间: 2013-07-16
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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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随着信息技术的发展,系统级芯片SoC(System on a Chip)成为集成电路发展的主流。SoC技术以其成本低、功耗小、集成度高的优势正广泛地应用于嵌入式系统中。通过对8位增强型CPU内核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的实现,对SoC设计作了初步研究。 在对Intel MCS-8051的汇编指令集进行了深入地分析的基础上,按照至顶向下的模块化的高层次设计流程,对8位CPU进行了顶层功能和结构的定义与划分,并逐步细化了各个层次的模块设计,建立了具有CPU及定时器,中断,串行等外部接口的模型。 利用5种寻址方式完成了8位CPU的数据通路的设计规划。利用有限状态机及微程序的思想完成了控制通路的各个层次模块的设计规划。利用组合电路与时序电路相结合的思想完成了定时器,中断以及串行接口的规划。采用边沿触发使得一个机器周期对应一个时钟周期,执行效率提高。使用硬件描述语言实现了各个模块的设计。借助EDA工具ISE集成开发环境完成了各个模块的编程、调试和面向FPGA的布局布线;在Synplify pro综合工具中完成了综合;使用Modelsim SE仿真工具对其进行了完整的功能仿真和时序仿真。 设计了一个通用的扩展接口控制器对原有的8位处理器进行扩展,加入高速DI,DO以及SPI接口,增强了8位处理器的功能,可以用于现有单片机进行升级和扩展。 本设计的CPU全面兼容MCS-51汇编指令集全部的111条指令,在时钟频率和指令的执行效率指标上均优于传统的MCS-51内核。本设计以硬件描述语言代码形式存在可与任何综合库、工艺库以及FPGA结合开发出用户需要的固核和硬核,可读性好,易于扩展使用,易于升级,比较有实用价值。本设计通过FPGA验证。
上传时间: 2013-04-24
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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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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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如今IC设计进入了SOC(System-on-chip)设计时代。SOC是指在单一芯片上集成了微控制器、数字信号处理器、存储器、I/O接口等,可以实现信号采集、转换、存储、处理等功能的芯片。SOC设计是基于IP可重用性的设计过程。现在已有不少公司成功地开发了各种SOC总线规范,以便于IP核的可复用性设计。其中,ARM公司开发的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Arehitecture)规范已经成为嵌入式应用的行业标准。嵌入式SOC芯片广泛应用于消费电子产品中,近年来随着彩屏手机、PDA等移动终端的普及,液晶电视等平板显示器件的推广,液晶显示器已经逐渐取代CRT成为主流的显示器件。LCD Driver IC作为液晶显示器的重要部件,需求量也日益增大。嵌入式液晶显示系统的设计是当今SOC设计中不可缺少的部分,而基于AMBA总线规范的LCD显示系统更是具备良好的性能和较大的潜力。 本文提出了一种基于AMBA总线规范的彩色TFT-LCD数字图像显示解决方案,硬件设计上包括APB存储接口模块、LCD控制模块,并用VHDL硬件描述语言进行了功能仿真,采用Mentor公司Modelsim5.8完成了系统功能验证;软件设计上完成了基于SAMSUNG公司S6D0110 TFT-LCD驱动芯片的测试程序的编写和系统测试。本设计不需要掌握TFT-LCD内部构造,复杂的内部驱动原理,只需要掌握AMBA总线规范和LCD的MPU并行接口时序,采用本课题设计出的LCD显示控制模块简单实用,便于推广应用。 本课题基于Xilinx公司的VirtexⅡ FF1152 PROTO开发平台完成了软件调试,实现了TFT-LCD图像显示。调试结果表明硬件和软件设计正确且取得了较为满意的结果。
上传时间: 2013-06-02
上传用户:小枫残月
当前,片上系统(SOC)已成为系统实现的主流技术。流片风险与费用增加、上市时间压力加大、产品功能愈加复杂等因素使得SOC产业逐渐划分为IP提供者、SOC设计服务者和芯片集成者三个层次。SOC设计已走向基于IP集成的平台设计阶段,经过严格验证质量可靠的IP核成为SOC产业中的重要一环。 GPIB控制器芯片是组建自动测试系统的核心,在测试领域应用广泛。本人通过查阅大量的技术资料,分析了集成电路在国内外发展的最新动态,提出了基于FPGA的自主知识产权的GPIB控制器IP核的设计和实现。 本文首先讨论了基于FPGA的GPIB控制器的背景意义,接着对FPGA开发所具备的基本知识作了简要介绍。文中对GPIB总线进行了简单的描述,根据芯片设计的主要思想,重点在于论述怎样用FPGA来实现IEEE-488.2协议,并详细阐述了GPIB控制器的十种接口功能及其状态机的IP核实现。同时,对数据通路也进行了较为细致的说明。在设计的时候采用基于模块化设计思想,用VerilogHDL语言完成各模块功能描述,通过Synplifv软件的综合,用Modelsim对设计进行了前、后仿真。最后利用生成的模块符号采取类似画电路图的方法完成整个系统芯片的lP软核设计,并用EDA工具下载到了FPGA上。 为了更好地验证设计思想,借助EDA工具对GPIB控制器的工作状态进行了软件仿真,给出仿真结果,仿真波形验证了GPIB控制器的工作符合预想。最后,本文对基于FPGA的GPIB控制器的IP核设计过程进行了总结,展望了当前GPIB控制器设计的发展趋势,指出了开展进一步研究需要做的工作。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:rockjablew
基于彩色路径识别的视觉导航方法是当前自动导航小车领域的研究热点和方向。视觉导航是指根据地面路径和被控对象之间的位置偏差控制其运行的方向,因此,地面彩色路径图像的摄取及其识别处理就成为视觉导航系统中的基础和关键。在当前的视觉导航系统设计中,图像处理的硬件平台都是基于通用微处理器,嵌入式微处理器或者DSP进行设计的。这些处理器一个共同的特点就是数据串行处理,而图像处理过程涉及大量的并行处理操作,因此传统的串行处理方式满足不了图像处理的实时性要求。 鉴于微处理器这方面的不足,作者提出一种使用FPGA实现图像识别的并行处理方案,并据此设计一个智能图像传感器。该传感器采用先进的FPGA技术,将图像采集及其显示,路径的识别处理以及通信控制等模块集成在一个芯片上,形成一个片上系统(SOC)。其主要功能是对所采集的彩色路径图像进行识别处理,获得彩色路径的坐标及其方向角,并将处理结果发送给上位机,为自动导航提供控制依据。 本文将彩色路径的识别处理过程划分为三个阶段,第一阶段为颜色聚类识别,以获得二值路径图像,第二阶段为数学形态学运算,用于对第一阶段中获得的二值图像进行去斑处理,第三阶段为路径中心线的定位及其方向角的测量。图像传感器与上位机的通信采用异步串行方式,由于上位机需要控制该传感器执行多种任务,作者定义一种基于异步串行通信的应用层协议,用于上位机对传感器的控制。在图像的显示中,为了弥补图像采集的速率和VGA显示速率的不匹配,作者提出一种基于单端口存储器的图像帧缓冲机制,通过VGA接口将采集的图像实时地显示出来。 根据上述思想,作者完成了系统的硬件电路设计,并对整个系统进行了现场调试。调试结果表明,传感器系统的各个模块都能正常工作,FPGA中的数字逻辑电路能够实时地将路径从图像中准确地识别出来,.充分体现了FPGA对路径图像的高速处理优势,达到了设计预期目标,在一定程度上丰富了路径图像识别处理的技术和方法。
上传时间: 2013-04-24
上传用户:ghostparker
本文完成了一种高速高性能数字脉冲压缩处理器的设计和FPGA实现,包括系统架构设计、方案论证及仿真、算法实现、结果的测试等。 绪论部分首先阐明了本课题研究的背景和意义,概述了雷达数字脉冲压缩系统的主要研究内容,关键技术及其发展趋势,然后介绍了数字脉冲压缩系统设计与实现的要求,最后给出了本文的主要研究内容。 第二章叙述了线性调频信号脉冲压缩的基本原理,对系统设计的实现方法进行了实时性方面的论证,并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章从数字系统结构化设计方面将本系统划分为三个部分:输入部分、脉压计算部分、输出部分,并在流程图中对各部分所要实现的功能做了介绍。 第四章首先总结了数字脉冲压缩的实现途径;提出了基于自定制浮点数据格式和分时复用蝶型结构的数字脉冲压缩系统设计思想,对其关键技术进行了深入的研究。 第五章对输入输出模块的功能做了详细的描述,设计了具体的结构和电路。 第六章针对系统的测试验证,提出面向SOC的模块验证和系统软硬协同验证的验证策略。通过Link for Modelsim工具,实现MATAB与Modelsim之间对VHDL代码的联合仿真测试,通过在线逻辑分析工具ChipScope,完成系统的片上测试,并分析系统的性能,证明系统的可实用性。满足设计的要求。 本文研制的数字脉冲压缩处理器具有动态范围大、处理精度高、处理能力强、体积小、重量轻、实时性好的优点,为设计高性能的现代雷达信号处理系统提供了可靠的保证。
上传时间: 2013-07-01
上传用户:lingduhanya
可靠通信要求消息从信源到信宿尽量无误传输,这就要求通信系统具有很好的纠错能力,如使用差错控制编码。自仙农定理提出以来,先后有许多纠错编码被相继提出,例如汉明码,BCH码和RS码等,而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo码以其优异的纠错性能成为通信界的一个里程碑。 然而,Turbo码迭代译码复杂度大,导致其译码延时大,故而在工程中的应用受到一定限制,而并行Turbo译码可以很好地解决上述问题。本论文的主要工作是通过硬件实现一种基于帧分裂和归零处理的新型并行Turbo编译码算法。论文提出了一种基于多端口存储器的并行子交织器解决方法,很好地解决了并行访问存储器冲突的问题。 本论文在现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现了一种基于帧分裂和篱笆图归零处理的并行Turbo编译码器。所实现的并行Turbo编译码器在时钟频率为33MHz,帧长为1024比特,并行子译码器数和最大迭代次数均为4时,可支持8.2Mbps的编译码数掘吞吐量,而译码时延小于124us。本文还使用EP2C35FPGA芯片设计了系统开发板。该开发板可提供高速以太网MAC/PHY和PCI接口,很好地满足了通信系统需求。系统测试结果表明,本文所实现的并行Turbo编译码器及其开发板运行正确、有效且可靠。 本论文主要分为五章,第一章为绪论,介绍Turbo码背景和硬件实现相关技术。第二章为基于帧分裂和归零的并行Turbo编码的设计与实现,分别介绍了编码器和译码器的RTL设计,还提出了一种基于多端口存储器的并行子交织器和解交织器设计。第三章讨论了使用NIOS处理器的SOC架构,使用SOC架构处理系统和基于NIOSII处理器和uC/0S一2操作系统的架构。第四章介绍了FPGA系统开发板设计与调试的一些工作。最后一章为本文总结及其展望。
上传时间: 2013-04-24
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