现场可编程门阵列(FPGA)的发展已经有二十多年，从最初的1200门发展到了目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。现在，FPGA已广泛地应用于通信、消费类电子和车用电子类等领域，但国内市场基本上是国外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上时钟分布质量变的越来越重要，时钟延迟和时钟偏差已成为影响系统性能的重要因素。目前，为了消除FPGA芯片内的时钟延迟，减小时钟偏差，主要有利用延时锁相环(DLL)和锁相环(PLL)两种方法，而其各自又分为数字设计和模拟设计。虽然用模拟的方法实现的DLL所占用的芯片面积更小，输出时钟的精度更高，但从功耗、锁定时间、设计难易程度以及可复用性等多方面考虑，我们更愿意采用数字的方法来实现。 本论文是以Xilinx公司VIRTEX-E系列FPGA为研究基础，对全数字延时锁相环(DLL)电路进行分析研究和设计，在此基础上设计出具有自主知识产权的模块电路。 本文作者在一年多的时间里，从对电路整体功能分析、逻辑电路设计、晶体管级电路设计和仿真以及最后对设计好的电路仿真分析、电路的优化等做了大量的工作，通过比较DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL，深入的分析了全数字DLL模块电路组成结构和工作原理，设计出了符合指标要求的全数字DLL模块电路，为开发自我知识产权的FPGA奠定了坚实的基础。 本文先简要介绍FPGA及其时钟管理技术的发展，然后深入分析对比了DLL和PLL两种时钟管理方法的优劣。接着详细论述了DLL模块及各部分电路的工作原理和电路的设计考虑，给出了全数字DLL整体架构设计。最后对DLL整体电路进行整体仿真分析，验证电路功能，得出应用参数。在设计中，用Verilog-XL对部分电路进行数字仿真，Spectre对进行部分电路的模拟仿真，而电路的整体仿真工具是HSIM。 本设计采用TSMC0.18μmCMOS工艺库建模，设计出的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，工作温度为-55℃～125℃，最大抖动时间为28ps，在输入100MHz时钟时的功耗为200MW，达到了国外同类产品的相应指标。最后完成了输出电路设计，可以实现时钟占空比调节，2倍频，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16时钟分频等时钟频率合成功能。
上传时间： 2013-06-10
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随着现代DSP、FPGA等数字芯片的信号处理能力不断提高，基于软件无线电技术的现代通信与信息处理系统也得到了更为广泛的应用。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件系统作为其应用平台，把尽可能多的无线及个人通信和信号处理的功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来。另一方面，现代信号处理系统对数据的处理速度、处理精度和动态范围的要求也越来越高，需要每秒完成几千万到几百亿次运算。因此研制具备高速实时信号处理能力的通用硬件平台越来越受到业界的重视。 @@ 目前的高速实时信号处理系统一般均采用DSP+FPGA的架构，其中DSP主要负责完成系统通信和基带信号处理算法，而FPGA主要完成信号预处理等前端算法，并提供系统常用的各种外部接口逻辑。本文的主要工作就在于完成通用型高速实时信号处理系统的FPGA软件设计。 @@ 本文提出了一种基于多DSP与FPGA的通用高速实时信号处理系统的架构。综合考虑各方面因素，作者选择使用两片ADSP-TS201浮点DSP以混合耦合模型构成系统信号处理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA VIRTEX-5系列的XC5VLX50T提供系统所需的各种接口，包括与ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外设接口。此外，作者还选择了ADSP-BF533定点DSP加入系统当中以扩展系统音视频信号处理能力，体现系统的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系统设计正逐渐成为现代FPGA应用的一个热点。结合课题需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze软核处理器为核心在VIRTEX-5片内设计了一个嵌入式系统，完成了对CF卡、DDR2 SDRAM存储器的读写控制，并利用片内集成的三态以太网MAC硬核模块，实现了系统与上位PC机之间的以太网通信链路。此外，为扩展系统功能，适应未来可能的软件升级，进一步提高系统的通用性，还将嵌入式实时操作系统μC/OS-II移植到MicroBlaze处理器上。 @@ 最后，作者介绍了基于Xilinx RocketIO GTP收发器的高速串行传输设计的关键技术和基本的设计方法，充分体现了目前高速实时信号处理系统的发展要求和趋势。 @@关键词：高速实时信号处理；FPGA；VIRTEX-5；嵌入式系统；MicroBlaze
上传时间： 2013-05-17
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现代社会信息量爆炸式增长，由于网络、多媒体等新技术的发展，用户对带宽和速度的需求快速增加。并行传输技术由于时钟抖动和偏移，以及PCB布线的困难，使得传输速率的进一步提升面临设计的极限；而高速串行通信技术凭借其带宽大、抗干扰性强和接口简单等优势，正迅速取代传统的并行技术，成为业界的主流。 本论文针对目前比较流行并且有很大发展潜力的两种高速串行接口电路——高速链路口和Rocket I/O进行研究，并以Xilinx公司最新款的VIRTEX-5 FPGA为研究平台进行仿真设计。本论文的主要工作是以某低成本相控阵雷达信号处理机为设计平台，在其中的一块信号处理板上，进行了基于LVDS(Low VoltageDifferential Signal)技术的高速LinkPort(链路口)设计和基于CML(Current ModeLogic)技术的Rocket I/O高速串行接口设计。首先在FPGA的软件中进行程序设计和功能、时序的仿真，当仿真验证通过之后，重点是在硬件平台上进行调试。硬件调试验证的方法是将DSP TS201的链路口功能与在FPGA中的模拟高速链路口相连接，进行数据的互相传送，接收和发送的数据相同，证明了高速链路口设计的正确性。并且在硬件调试时对Rocket IO GTP收发器进行回环设计，经过回环之后接收到的数据与发送的数据相同，证明了Rocket I/O高速串行接口设计的正确性。
上传时间： 2013-04-24
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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
上传用户：lijinchuan
通用异步收发器UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是广泛使用的串行传输协议。串行外设用到异步串行接口一般采用专用集成电路实现。但是这类芯片一般包含许多辅助模块，而时常不需要使用完整的UART的功能和辅助功能，或者当在FPGA上设计时，需要将UART功能集成到FPGA内部而不能使用芯片。蓝牙主机控制器接口则是实现主机设备与蓝牙模块之间互操作的控制部件。当在使用蓝牙设备的时候尤其是在监控场所，接口控制器在控制数据与计算机的传输上就起了至关重要的作用。 论文针对信息技术的发展和开发过程中的实际需要，设计了一个蓝牙HCI-UART(Host Controller Interface-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)控制接口的模块。使用VHDL将其核心功能集成，既可以单独使用，也可集成到系统芯片中，并且整个设计紧凑、稳定且可靠，其用途广泛，具有一定的使用价值。 本设计采用TOP-DOWN设计方法，整体上分为UART接口和蓝牙主机控制器接口两部分。首先根据UART和蓝牙主机控制器接口的实现原理和设计指标要求进行系统设计，对系统划分模块以及各个模块的信号连接；然后进行模块设计，设计出每个模块的功能，并用VHDL语言编写代码来实现模块功能；再使用ISE8.2I自带的仿真器对各模块进行功能仿真和时序仿真；最后进行硬件验证，在VIRTEX-II开发板上对系统进行功能验证。实现了发送、接收和波特率发生等功能，验证了结果，表明设计正确，功能良好，符合设计要求。
上传时间： 2013-07-13
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人脸识别技术继指纹识别、虹膜识别以及声音识别等生物识别技术之后，以其独特的方便、经济及准确性而越来越受到世人的瞩目。作为人脸识别系统的重要环节—人脸检测，随着研究的深入和应用的扩大，在视频会议、图像检索、出入口控制以及智能人机交互等领域有着重要的应用前景，发展速度异常迅猛。 FPGA的制造技术不断发展，它的功能、应用和可靠性逐渐增加，在各个行业也显现出自身的优势。FPGA允许用户根据自己的需要来建立自己的模块，为用户的升级和改进留下广阔的空间。并且速度更高，密度也更大，其设计方法的灵活性降低了整个系统的开发成本，FPGA 设计成为电子自动化设计行业不可缺少的方法。 本文从人脸检测算法入手，总结基于FPGA上的嵌入式系统设计方法，使用IBM的Coreconnect挂接自定义模块技术。经过训练分类器、定点化、以及硬件加速等方法后，能够使人脸检测系统在基于Xilinx的VIRTEX II Pro开发板上平台上，达到实时的检测效果。本文工作和成果可以具体描述如下： 1. 算法分析：对于人脸检测算法，首先确保的是检测率的准确性程度。本文所采用的是基于Paul Viola和Michael J.Jones提出的一种基于Adaboost算法的人脸检测方法。算法中较多的是积分图的特征值计算，这便于进一步的硬件设计。同时对检测算法进行耗时分析确定运行速度的瓶颈。 2. 软硬件功能划分：这一步考虑市场可以提供的资源状况，又要考虑系统成本、开发时间等诸多因素。Xilinx公司提供的VIRTEX II Pro开发板，在上面有可以供利用的Power PC处理器、可扩展的存储器、I/O接口、总线及数据通道等，通过分析可以对算法进行细致的划分，实现需要加速的模块。 3. 定点化：在Adaboost算法中，需要进行大量的浮点计算。这里采用的方法是直接对数据位进行操作它提取指数和尾数，然后对尾数执行移位操作。 4. 改进检测用的级联分类器的训练，提出可以迅速提高分类能力、特征数量大大减小的一种训练方法。 5. 最后对系统的整体进行了验证。实验表明，在视频输入输出接入的同时，人脸检测能够达到17fps的检测速度，并且获得了很好的检测率以及较低的误检率。
上传时间： 2013-07-01
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本文研究的视频处理系统是上海市科委技术攻关基金项目“计算机视觉及其芯片化实现”的一部分，主要完成计算机视觉系统的一些基本工作，即视频图像的采集、预处理和显示等。 视频图像采集和预处理系统以Xilinx公司VIRTEX-ⅡPro系列的FPGA为核心控制器件，结合视频模数转换芯片和VGA显示器，完成视频图像的实时采集、预处理和显示。采集和显示部分作为同外界交流信息的渠道，是构成计算机视觉系统必不可少的一部分；图像预处理则是计算机视觉系统进行高层处理的基础，优秀的预处理算法能有效改善图像质量，提高系统分析判断的准确性。 本文在介绍基于FPGA的视频采集、预处理系统整体架构的基础上，围绕以下四个方面展开了工作： 1.研究并给出了两种基于FPGA的设计方案用于实现YCrCb色度空间到RGB色度空间的转换； 2.针对采集的视频图像，根据VGA显示的要求，给出了一种实现图像去隔行的方案； 3.分析了一系列图像滤波的预处理算法，如均值滤波、中值滤波和自适应滤波等，在比较和总结各算法特点的基础上，提出了一种新的适用于处理混合噪声的滤波算法：混合自适应滤波法； 4.根据算法特点设计了多种采用FPGA实现的图像滤波算法，并对硬件算法进行RTL级的功能仿真和验证，还给出了各种滤波算法的实验结果，在此基础上对各种算法的效果进行直观的比较。 文中，预处理算法的实现充分利用了FPGA的片内资源，体现了FPGA在图像处理方面的特点及优势。同时，视频采集和显示的控制模块也由同一FPGA芯片实现，从而简化了系统整体结构。视频采集和预处理系统在FPGA上的成功实现为“计算机视觉及其芯片化实现”奠定了必要的基础、提供了一定理论依据。
上传时间： 2013-07-26
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本文主要研究了认知无线电频谱感知功能的关键技术以及硬件实现方法。首先，提出了认知无线电频谱感知功能的硬件实现框图，包括射频前端部分和数字信号处理部分，接着简单介绍了射频前端电路的功能与特性，最后重点介绍了数字信号处理部分的FPGA实现与验证过程。 数字处理部分主要实现宽带信号的短时傅立叶分析，将中频宽带数字信号通过基于多相滤波器组的下变频模块，实现并行多通道的数字下变频，然后对每个信道进行重叠加窗处理，最后再做快速傅立叶分析(FFT)，从而得到信号的时频关系。整个系统主要包括：延时抽取模块、多相滤波器模块、32点开关式流水线FFT模块、滑动窗缓冲区、256点流水线FFT模块等。 本设计采用Verilog HDL硬件描述语言进行设计，基于Xilinx公司的VIRTEX-4XC4VSX35芯片。整个系统采用全同步设计，可稳定工作于200MHz，其分析带宽高达65MHz，具有很高的使用价值。
上传时间： 2013-07-09
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密集型的矩阵运算在信号处理和图像处理中被广泛应用，而且往往需要系统进行实时运算，这就需要系统具有很高的吞吐率。因此寻找矩阵运算的高速实现方法是很有意义的。FPGA的运算速度快并且可以并行运算，和其它矩阵运算的实现方式相比，FPGA有其独特的优势。本文主要设计并实现了基于FPGA的各种矩阵运算模块。 本文首先介绍了矩阵运算的特点和原理，接着讨论了FPGA浮点运算单元的VHDL设计方法，在此基础上，设计了矩阵相乘累加、三角矩阵求逆和一般矩阵分解求逆的运算模块，给出矩阵阶数扩大时各种矩阵运算的分块实现方法。然后在ModelSim环境下仿真了一般矩阵的求逆模块，与Maflab仿真结果比较，分析了运算精度、时间复杂度和资源占用情况，在VIRTEX-4系列FPGA硬件平台上进行了调试和测试，并通过USB接口将矩阵运算结果送入PC机，验证了基于FPGA矩阵运算的正确性和可行性。最后对矩阵求逆模块在雷达信号中的应用作了简单介绍。
上传时间： 2013-06-08
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近年来，随着多媒体技术的迅猛发展，电子、计算机、通讯和娱乐之间的相互融合、渗透越来越多，而数字音频技术则是应用最为广泛的技术之一。MP3(MPEG-1 Audio LayerⅢ)编解码算法作为数字音频的解决方案，在便携式多媒体产品中得到了广泛流行。 在已有的便携式MP3系统实现方案中，低速处理器与专用硬件结合的SOC设计方案结合了硬件实现方式和软件实现方式的优点，具有成本低、升级容易、功能丰富等特点。IMDCT(反向改进离散余弦变换)是编解码算法中一个运算量大调用频率高的运算步骤，因此适于硬件实现，以降低处理器的开销和功耗，来提高整个系统的性能。 本文首先阐述了MP3音频编解码标准和流程，以及IMDCT常用的各种实现算法。在此基础上选择了适于硬件实现的递归循环实现方法，并在已有算法的基础上进行了改进，减小了所需硬件资源需求并保持了运算速度。接着提出了模块总体设计方案，结合算法进行了实现结构的优化，并在EDA环境下具体实现，用硬件描述语言设计、综合、仿真，且下载到Xilinx公司的VIRTEXⅡ系列xc2v1000FPGA器件中，在减小硬件资源的同时快速地实现了IMDCT，经验证功能正确。
上传时间： 2013-05-31
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