可配置端口电路是FPGA芯片与外围电路连接关键的枢纽，它有诸多功能：芯片与芯片在数据上的传递(包括对输入信号的采集和输出信号输出)，电压之间的转换，对外围芯片的驱动，完成对芯片的测试功能以及对芯片电路保护等。 本文采用了自顶向下和自下向上的设计方法，依据可配置端口电路能实现的功能和工作原理，运用Cadence的设计软件，结合华润上华0.5μm的工艺库，设计了一款性能、时序、功耗在整体上不亚于xilinx4006e[8]的端口电路。主要研究以下几个方面的内容： 1.基于端口电路信号寄存器的采集和输出方式，本论文设计的端口电路可以通过配置将它设置成单沿或者双沿的触发方式[7]，并完成了Verilog XL和Hspiee的功能和时序仿真，且建立时间小于5ns和保持时间在0ns左右。和xilinx4006e[8]相比较满足设计的要求。 2.基于TAP Controller的工作原理及它对16种状态机转换的控制，对16种状态机的转换完成了行为级描述和实现了捕获、移位、输出、更新等主要功能仿真。 3.基于边界扫描电路是对触发器级联的构架这一特点，设计了一款边界扫描电路，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。达到对芯片电路测试设计的要求。 4.对于端口电路来讲，有时需要将从CLB中的输出数据实现异或、同或、与以及或的功能，为此本文采用二次函数输出的电路结构来实现以上的功能，并运用Verilog XL和Hspiee对它进行了功能和时序的仿真。满足设计要求。 5.对于0.5μm的工艺而言，输入端口的电压通常是3.3V和5V，为此根据设置不同的上、下MOS管尺寸来调整电路的中点电压，将端口电路设计成3.3V和5V兼容的电路，通过仿真性能上已完全达到这一要求。此外，在输入端口处加上扩散电阻R和电容C组成噪声滤波电路，这个电路能有效地抑制加到输入端上的白噪声型噪声电压[2]。 6.在噪声和延时不影响电路正常工作的范围内，具有三态控制和驱动大负载的功能。通过对管子尺寸的大小设置和驱动大小的仿真表明：在实现TTL高电平输出时，最大的驱动电流达到170mA，而对应的xilinx4006e的TTL高电平最大驱动电流为140mA[8]；同样，在实现CMOS高电平最大驱动电流达到200mA,而xilinx4006e的CMOS驱动电流达到170[8]mA。 7.与xilinx4006e端口电路相比，在延时和面积以及功耗略大的情况下，本论文研究设计的端口电路增加了双沿触发、将输出数据实现二次函数的输出方式、通过添加译码器将配置端口的数目减少的新的功能，且驱动能力更加强大。
上传时间： 2013-07-20
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随着图像分辨率的越来越高，软件实现的图像处理无法满足实时性的需求；同时FPGA等可编程器件的快速发展使得硬件实现图像处理变得可行。如今基于FPGA的图像处理研究成为了国内外的一个热门领域。 本文在FPGA平台上，用Verilog HDL实现了一个研究图像处理算法的可重复配置的硬件模块架构，架构包括PC机预处理和通信软件，控制模块，计算单元，存储器模块和通信适配模块五个部分。其中的计算模块负责具体算法的实现，根据不同的图像处理算法可以独立实现。架构为计算模块实现了一个可添加、移出接口，不同的算法设计只要符合该接口就可以方便的加入到模块架构中来进行调试和运行。 在硬件架构的基础上本文实现了排序滤波，中值滤波，卷积运算及高斯滤波，形态学算子运算等经典的图像处理算法。讨论了FPGA的图像处理算法的设计方法及优化策略，通过性能分析，FPGA实现图像处理在时间上比软件处理有了很大的提高；通过结果的比较，发现FPGA的处理结果达到了软件处理几乎同等的效果水平。最后本文在实现较大图片处理和图像处理窗口的大小可配置性方面做了一定程度的讨论和改进，提高了算法的可用性，同时为进一步的研究提供了更加便利的平台。 整个设计都是在ISE8.2和ModelSim第三方仿真软件环境下开发的，在xilinx的Spartan-3E XC3S500E硬件平台上实现。在软件仿真过程中利用了ISE8.2自带仿真工具和ModelSim结合使用。 本课题为制造FPGA的专用图像处理芯片做了有益的探索性研究，为实现FPGA为核心处理芯片的实时图像处理系统有着积极的作用。
上传时间： 2013-07-29
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用，视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时，FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合，设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统，系统利用时分复用和无损压缩技术，采用串行数字视频传输的方式，可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时，确定了基于FPGA的设计方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换，在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码，利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法，用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据，光纤线路码采用CIMT码，设计了编解码模块，解码过程中，利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步，在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真，并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作，实验证明，系统工作稳定，图像清晰，实时传输效果好，可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现，利用FPGA的并行处理优势，大大提高了系统的处理速度，使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间： 2013-06-27
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JPEG 2000是为适应不断发展的图像压缩应用而出现的新的静止图像压缩标准，小波变换是JEPG 2000核心算法之一。小波变换是一种可达到时(空)域或频率域局部化的时频域或空频域分析方法，其多尺度分解特性符合人类的视觉机制，更加适用于图像信息的处理。提升小波变换是一类不采用傅立叶变换做为主要分析工具的小波变换新方法，提升小波变换的提出大大简化了小波变换的计算，使其在实时信号处理领域得到广泛的应用。通过提升的方法很容易构造一般的整数小波变换，由于图像一般用位数较低的整数表示，整数小波变换可以将为整数序列的图像矩阵映射成整数小波系数矩阵，这就大大简化了小波变换的硬件电路设计。在当今数字化和信息化时代背景下，研究具有高速硬件处理功能的可变程逻辑器件在图像压缩算法领域的应用已经成为当今研究的热点。 本文旨在探讨和研制基于FPGA的小波变换模块的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根据JPEG 2000推荐无损提升小波算法和有损提升小波算法，设计图像压缩系统的小波变换模块。主要工作如下： 第一部分介绍了传统小波分析理论和提升小波分析理论。包括连续小波时频局域性的特征，离散小波变换系数的意义，多分辨分析引出的构造小波基的系统方法和计算离散小波的快速算法等。重点放在介绍正交小波和双正交小波的构造方法，并介绍了数字图像在小波域的特点。讨论了提升小波变换的基本思想，讨论了用提升方法构造小波基以及传统小波变换的提升实现，讨论了整数小波变换。 第二部分介绍了FPGA结构及其设计流程。介绍了FPGA/CPLD器件的特征、发展趋势及FPGA/CPLD基本结构，然后重点介绍了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的结构特点，以及Xilinx的FPGA开发软件ISE，最后介绍了硬件描述语言VHDL语言的特点。 最后一部分是本论文研究的主要内容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波变换的一维变换模块设计和二维变换模块设计。一维提升小波变换模块采用两种不同的电路结构进行设计-低速低功耗的串行流水线结构和高速高功耗的并行阵列结构。同样，二维小波变换模块也采用了两种不同的电路结构进行设计-低速低功耗的折叠结构和高速高功耗的串行结构。 文章对提升小波变换的FPGA实现中的大量细节问题进行了讨论，给出了每种结构提升小波变换模块的电路原理图，并对原理图进行了仿真测试，仿真测试结果不仅表明了模块功能的正确性，而且表明不同小波模块可以满足相应领域的实际要求。
上传时间： 2013-06-08
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本课题完成了基于FPGA的数据采集器以及IIC总线的模数转换器部分、通讯部分的电路设计。其中FPGA采用Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100芯片，在芯片中嵌入32位软处理器MicroBlaze;ⅡC总线的模数转换采用Microchip公司的MCP3221芯片，通讯部分则在FPGA片内用VHDL语言实现。通过上述设计实现了“准单片化”的模拟量和数字量的数据采集和处理。 所设计的数据采集器可以和结构类似的上位机通讯，本课题完成了在上位机中用VHDL语言实现的通信电路模块。通过上述两部分工作，将微处理器、数据存储器、程序存储器等数字逻辑电路均集成在同一个FPGA内部，形成一个可编程的片上系统。FPGA片外仅为模拟器件和开关量驱动芯片。FPGA内部的硬件电路采用VHDL语言编写；MCU软核工作所需要的程序采用C语言编写。多台数据采集器与服务器构成数据采集系统。服务器端软件用VB开发，既可以将实时采集的数据以数字方式显示，也可以用更加直观的曲线方式显示。 由于数据采集器是所有自控类系统所必需的电路模块，所以一个通用的片上系统设计可以解决各类系统的应用问题，达到“设计复用”(DesignReuse)的目的。采用基于FPGA的SOPC设计的更加突出的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。
上传时间： 2013-07-12
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码分多址(CDMA)通信方式以其特有的抗干扰性、多址能力和多径分集能力，而成为第三代移动通信系统的主要技术。其中Rake接收技术是CDMA系统中的一项关键技术。随着通信技术的迅猛发展，Rake接收技术以其有效的抗衰落的能力一直是人们研究的热点。人们不断的对传统的Rake接收机进行改进，获得性能更佳的Rake接收机。FPGA技术的快速发展，也很大的改变了传统的数字系统设计的方法。FPGA以其庞大的规模、开发过程投资小、开发周期短、保密性好等优点，为人们对Rake接收机的研究提供了方便。 本文旨在设计一种功耗低、硬件实现相对简单的Rake接收机结构。首先，本文介绍了Rake接收的相关理论，对Rake技术的抗衰落性能进行了分析，然后，对各种Rake接收机进行了比较，最终提出了一种灵活配置的Rake接收机的改进方案，该方案采用了不同的缓冲器结构，能够更多的节约硬件资源，整个接收机的功耗更低。最后利用VerilogHDL语言对其中的主要模块进行编程设计，并在Xilinx公司的集成开发工具ISE6.1中进行仿真，仿真平台为Spartan-3系列中的XC3S1000芯片。仿真结果表明了所设计模块的正确性。所设计模块具有良好的可移植性，能够被相关的系统调用，本文所做工作有一定的实际意义。
上传时间： 2013-06-21
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大多数现在的PCL打印机驱动程序都是将需要打印的文件(包括图形或者文本)处理成JPEG文件发送到打印机进行打印，因为这样一方面可以减少发送给打印机的数据量，一方面可以极大的简化驱动程序的开发。而在打印机内部，这些JPEG文件又被解码成BMP文件进行进一步的处理。采用这种方式工作的打印机JPEG解码的工作占据了其CPU时间的一半以上，所以JPEG文件解码引擎是打印机的核心之一，提高JPEG的解码速度对于提高打印机的处理能力至关重要。 同时，JPEG文件解码工作是一个计算密集型的作业，主要有两个办法提高它的速度：一个是设计更高效的算法，一个是采用性能更加强劲的CPU设备。在单核CPU的嵌入式环境中，JPEG编解码速度已经几乎到了极限，难有提升的空间，然而近两年多核嵌入式芯片的出现，为大幅度提升它的性能提供了可能。 本文基于嵌入式的Linux平台，采用ARM11 MPCore4核处理器，针对PCL，XL打印机控制语言的JPEG文件解码设计和实现了一个高速引擎，主要内容为： 分析和解码PCL，XL文件，提取出其中的JPEG文件。 对JPEG文件实现并行化解码，在多个处理器核上并行处理，并针对多核处理器构架进行内存读取等方面的优化。 针对多核处理器的特点和优势，设计和实现多线程调度算法。 总结和提取数据，分析多核处理器相对于单核处理器的性能提升。 另外，为便于读者理解，文中简要介绍了ARM(SIMD)指令集，嵌入式汇编以及与硬件相关的一些概念。
上传时间： 2013-06-16
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随着人们对于数字视频和数字图像的需求越来越大，数字电视广播和手机电视迅速发展起来，但是人们对于数字图像质量的要求也越来越高。对于观众来讲，画面的质量几乎是最为重要的，然而由于信道传输特性不理想和加性噪声的影响，不可避免地会产生误码，导致图像质量的下降，甚至无法正常收看。因此，为了保障图像质量就需要采用纠错编码(又称信道编码)的方式来实现通信。在数字视频广播系统(DVB)中，无论是卫星传输，电缆传输还是地面传输都采用了信道编码。 本文首先深入研究DVB标准中的信道编码部分的关键技术；然后依照DVB-T标准技术要求，设计并硬件实现了数字视频传输的信道编解码系统。在该系统中，编解码器与信源端的接口利用了MPEG-2的视频传输接口同步并行接口(SPI)，这种接口的应用让系统具有很强的通用性；与信道端接口采用了G.703接口，具有G.703接口功能和特性的数据通信设备可以直接与数字通信设备连接，这使得应用时对于信道的选择具有较大的灵活性。 在深入理解RS编解码算法，卷积交织/解交织原理，卷积编码/VITERBI译码算法原理的基础上，本文给出了解码部分的设计方案，并利用Xilinx公司的SpartanⅢ系列XC3S2000芯片完成方案的硬件实现。在RS解码过程中引入了流水线机制，从而很大程度上提高了解码效率。解交织器部分采用了RAM分区循环法，利用对RAM读写地址的控制实现解卷积交织，这种方法控制电路简单，实现速度比较快，代价小。VITERBI译码器采用截尾译码，在几乎不影响译码准确度的基础上大大提高了解码效率。
上传时间： 2013-07-16
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该论文首先对脉冲及其参数进行了分析,然后介绍了雷达脉冲参数测量的原理,并针对现代复杂电磁环境的特点,对脉冲参数测量的方案进行了设计.最后利用Xilinx公司的Spartan-II系列20万门FPGA芯片实现了对高密度视频脉冲流的脉冲到达时间(TOA)、脉冲宽度(PW)和脉冲幅度(PA)等参数的实时高精度测量,并对测量误差进行了分析,同时给出了功能仿真的波形.该测量方法是基于FPGA的硬件实现方法,其系统结构简单,测量速度快、精度高,满足对脉冲参数测量高精度、实时性的要求.
上传时间： 2013-07-05
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随着通信技术和计算机技术的发展，多媒体的应用与服务越来越广泛，视频压缩编码技术也随之成为非常重要的研究领域。运动估计是视频压缩编码中的一项关键技术。由于视频编码系统的复杂性主要取决于运动估计算法，因此如何找到一种可靠、快速、性能优良的运动估计算法一直是视频压缩编码的研究热点。运动估计在视频编码器中承担的运算量最大、控制最为复杂，由于对视频编码的实时性要求，因此运动估计模块一般都采用硬件来设计。 本文的目的是在FPGA芯片上设计实现一种更优的易于硬件实现的块匹配运动估计算法——二步搜索算法。全文首先讨论了块匹配运动估计理论及其主要技术指标，介绍了运动估计技术在MPEG-4中的应用，然后在对典型的运动估计算法进行分析比较的基础上讨论了一种性能和硬件实现难易度综合指数较高的二步搜索算法。本文对已有的用于全搜索算法实现的VLSI结构进行了改进，设计了符合二步搜索算法要求的FPGA实现结构，并在对其理论分析之后，对实现该算法的运动估计模块进行了功能模块的划分，并运用VerilogHDL硬件描述语言、ISE及Modelsim开发工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了对各功能模块的设计、实现与时序仿真。最后，对整个运动估计模块进行了仿真测试，给出了其在FPGA上搭建实现后的时序仿真波形图与占用硬件资源情况，通过对时序仿真结果可知本文设计的各功能模块工作正常，并且能够协同工作，整个运动估计模块能够正确的实现二步搜索运动估计算法，并输出正确的运动估计结果；通过对占用硬件资源及时钟频率情况的分析验证了本文设计的二步搜索运动估计算法的FPGA实现结构具备先进性和实时可实现性。
上传时间： 2013-05-27
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