近年来，大容量数据存储设备主要是机械硬盘，机械硬盘采用机械马达和磁片作为载体，存在抗震性能低、高功耗和速度提升难度大等缺点。固态硬盘是以半导体作为存储介质及控制载体，无机械装置，具有抗震、宽温、无噪、可靠和节能等特点，是目前存储领域所存在问题的解决方案之一。本文针对这一问题，设计基于FPGA的固态硬盘控制器，实现数据的固态存储。 文章首先介绍硬盘技术的发展，分析固态硬盘的技术现状和发展趋势，阐述课题研究意义，并概述了本文研究的主要内容及所做的工作。然后从分析固态硬盘控制器的关键技术入手，研究了SATA接口协议和NANDFLASH芯片特性。整体设计采用SOPC架构，所有功能由单片FPGA完成。移植MicroBlaze嵌入式处理器软核作为主控制器，利用Verilog HDL语言描述IP核形式设计SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作为高速串行传输接口，实现SATA1.0协议，根据协议划分四层模型，通过状态机和逻辑电路实现协议功能。NAND FLASH控制器核管理NANDFLASH芯片阵列，将NAND FLASH接口转换成通用的SRAM接口，提高访问效率。控制器完成NAND FLASH存储管理和纠错算法，实现数据的存储和读取。最后完成固态硬盘控制器的模块测试和整体测试，介绍了测试方法、测试工具和测试流程，给出测试数据和结果分析，得出了验证结论。 本文设计的固态硬盘控制器，具有结构简单和稳定性高的特点，易于升级和二次开发，是实现固态硬盘和固态存储系统的关键技术。
上传时间： 2013-05-28
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近年来，语音识别研究大部分集中在算法设计和改进等方面，而随着半导体技术的高速发展，集成电路规模的不断增大与各种研发技术水平的不断提高，新的硬件平台的推出，语音识别实现平台有了更多的选择。语音识别技术在与DSP、FPGA、ASIC等器件为平台的嵌入式系统结合后，逐渐向实用化、小型化方向发展。 本课题通过对现有各种语音特征参数与孤立词语音识别模型进行研究的基础上，重点探索基于动态时间规整算法的DTW模型在孤立词语音识别领域的应用，并结合基于FPGA的SOPC系统，在嵌入式平台上实现具有较好精度与速度的孤立词语音识别系统。 本系统整体设计基于DE2开发平台,采用基于Nios II的SOPC技术。采用这种解决方案的优点是实现了片上系统，减少了系统的物理体积和总体功耗；同时系统控制核心都在FPGA内部实现，可以极为方便地更新和升级系统，大大地提高了系统的通用性和可维护性。 此外，由于本系统需要大量的高速数据运算，在设计中作者充分利用了Cyclone II芯片的丰富的硬件乘法器，实现了语音信号的端点检测模块，FFT快速傅立叶变换模块，DCT离散余弦变换模块等硬件设计模块。为了提高系统的整体性能，作者充分利用了FPGA的高速并行的优势，以及配套开发环境中的Avalon总线自定义硬件外设，使系统处理数字信号的能力大大提高，其性能优于传统的微控制器和普通DSP芯片。 本论文主要包含了以下几个方面： （1）结合ALTERA CYCLONE II芯片的特点，确定了基于FPGA语音识别系统的总体设计，在此基础上进行了系统的软硬件的选择和设计。 （2）自主设计了纯硬件描述语言的驱动电路设计，完成了高速语音采集的工作，并且对存储数据芯片SRAM中的原始语音数据进行提取导入MATLAB平台测试数据的正确性。整个程序测试的方式对系统的模块测试起到重要的作用。 （3）完成高速定点256点的FFT模块的设计，此模块是系统成败的关键，实现高速实时的运算。 （4）结合SOPC的特性，设计了人机友好接口，如LCD显示屏的提示反馈信息等等，以及利用ALTERA提供的一些驱动接口设计完成用户定制的系统。 （5）进行了整体系统测试，系统可以较稳定地实现实时处理的目的，具有一定的市场潜在价值。
上传时间： 2013-05-23
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近年来，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了快速的发展，FPGA不但解决了信号处理系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且基于大规模FPGA单片系统的片上可编程系统(SOPC)的灵活设计方式使其越来越多的取代ASIC的市场。传统的通用信号处理系统使用DSP作为处理核心，系统的可重构型不强，FPGA解决了这一问题，并且现有的FPGA中，多数已集成DSP模块，结合FPGA较强的信号并行处理特性使其与DSP信号处理能力差距很小。因此，FPGA作为处理核心的通用信号处理系统具有很强的可实施性。 @@ 基于上述要求，作者设计和完成了一个基于多FPGA的通用实时信号处理系统。该系统采用4片XC3SD1800A作为处理核心，使用DDR2 SDRAM高速存储实时数据。作者通过全面的分析，设计了核心板、底板和应用板分离系统架构。该平台能够根据实际需求进行灵活的搭配，核心板之间的数据传输采用了LVDS(低电压差分信号)技术，从而使得数据能够稳定的以非常高的速率进行传输。 @@ 本系统属于高速数字电路的设计范畴，因此必须重视信号完整性的设计与分析问题，作者根据高速电路的设计惯例和软件辅助设计的方法，在分析和论证了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束的基础上，顺利地完成了PCB绘制与调试工作。 @@ 作为系统设计的重要环节，作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题，并给出了解决办法。 @@ LVDS高速数据通道接口和DDR2存储器接口设计决定本系统的使用性能，本文基于所选的FPGA芯片进行了详细的阐述和验证。并结合系统的核心板和底板，完成了应用板，视频图像采集、USB、音频、LCD和LED矩阵模块显示等接口的设计工作，对其中的部分接口进行了逻辑验证。 @@ 经过测试，该通用的信号处理平台具有实时性好、通用性强、可扩展和可重构等特点，能够满足当前一些信号处理系统对高速、实时处理的要求，可以广泛应用于实时信号处理领域。通过本平台的研究和开发工作，为进一步研究和设计通用、实时信号处理系统打下了坚实的基础。 @@关键词：通用实时信号处理；FPGA；信号完整性；DDR2；LVDS
上传时间： 2013-05-27
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互感器是电力系统中电能计量和继电保护中的重要设备，其精度和可靠性与电力系统的安全性、可靠性和经济运行密切相关。随着电力工业的发展，传统的电磁式互感器已经暴露出一系列的缺陷，电子式互感器能很好的解决电磁式互感器的缺点，电子式互感器逐步替代电磁式互感器代表着电力工业的发展方向。目前，国产的互感器校验仪主要是电磁式互感器校验仪，电子式互感器校验仪依赖于进口。电子式互感器的发展，使得电子式互感器校验仪的研制势在必行。 本课题依据国际标准IEC60044-7、IEC60044-8和国内标准GB20840[1].7-2007、GB20840[1].8-2007，设计了电子式互感器检验仪。该校验仪采用直接法对电子式互感器进行校验，即同时测试待校验电子式互感器和标准电磁式互感器二次侧的输出信号，比较两路信号的参数，根据比较结果完成电子式互感器的校验工作。论文首先介绍了电子式互感器结构及输出数字信号的特征，然后详细论述了电子式互感器校验仪的硬件及软件设计方法。硬件主要采用FPGA技术设计以太网控制器RTL8019的控制电路，以实现电子式互感器信号的远程接收，同时设计A/D芯片MAX125的控制电路，以实现标准电磁式互感器模拟输出的数字化。软件主要采用FPGA的SOPC技术，研制了MAX125和RTL8019的IP核，在NiosIIIDE集成开发环境下，完成对硬件电路的底层控制，运用准同步算法和DFT算法开发应用程序实现对数字信号的处理。最终完成电子式互感器校验仪的设计。 最后进行了相关的实验，所研制的电子式互感器校验仪对0.5准确级的电子式电压互感器和0.5准确级电子式电流互感器分别进行了校验，对其额定负荷的20％、100％、120％点做为测量点进行测量。经过对实验数据的处理分析可知，校验仪对电子式互感器的校验精度满足0.5％的比差误差和20’的相位差。本课题的研究为电子式互感器校验仪的研制工作提供了理论和实践依据。
上传时间： 2013-04-24
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随着社会的发展，人们对电力需求特别是电能质量的要求越来越高。但由于非线性负荷大量使用，却带来了严重的电力谐波污染，给电力系统安全、稳定、高效运行带来严重影响，给供用电设备造成危害。如何最大限度的减少谐波造成的危害，是目前电力系统领域极为关注的问题。谐波检测是谐波研究中重要分支，是解决其它相关谐波问题的基础。因此，对谐波的检测和研究，具有重要的理论意义和实用价值。 目前使用的电力系统谐波检测装置，大多基于微处理器设计。微处理器是作为整个系统的核心，它的性能高低直接决定了产品性能的好坏。而这种微处理器为主体构成的应用系统，存在效率低、资源利用率低、程序指针易受干扰等缺点。由于微电子技术的发展，特别是专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)设计技术的发展，使得设计电力系统谐波检测专用的集成电路成为可能，同时为谐波检测装置的硬件设计提供了一个新的发展途径。本文目标就是设计电力系统谐波检测专用集成电路，从而可以实现对电力系统谐波的高精度检测。采用专用集成电路进行谐波检测装置的硬件设计，具有体积小，速度快，可靠性高等优点，由于应用范围广，需求量大，电力系统谐波检测专用集成电路具有很好的应用前景。 本文首先介绍了国内外现行谐波检测标准，调研了电力系统谐波检测的发展趋势；随后根据装置的功能需求，特别是依据其中谐波检测国标参数的测量算法，为系统选定了基于FPGA的SOPC设计方案。 本文分析了电力系统谐波检测专用集成电路的功能模型，对专用集成电路进行了模块划分。定义了各模块的功能，并研究了模块间的连接方式，给出了谐波检测专用集成电路的并行结构。设计了基于FPGA的谐波检测专用集成电路设计和验证的硬件平台。配合专用集成电路的电子设计自动化(EDA)工具构建了智能监控单元专用集成电路的开发环境。 在进行FPGA具体设计时，根据待实现功能的不同特点，分为用户逻辑区域和Nios处理器模块两个部分。用户逻辑区域控制A/D转换器进行模拟信号的采样，并对采样得到的数字量进行谐波分析等运算。然后将结果存入片内的双口RAM中，等待Nios处理器的访问。Nios处理器对数据处理模块的结果进一步处理，得到其各自对应的最终值，并将结果通过串行通信接口发送给上位机。 最后，对设计实体进行了整体的编译、综合与优化工作，并通过逻辑分析仪对设计进行了验证。在实验室条件下，对监测指标的运算结果进行了实验测量，实验结果表明该监测装置满足了电力系统谐波检测的总体要求。
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
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随着信息技术和电子技术的进步和日益成熟，计算机数据采集技术得到了广泛应用。由于ISA数据采集卡的固有缺陷，PCI接口的数据采集卡将逐渐取代ISA数据采集卡，成为数据采集的主流。为了简化PCI数据采集卡结构，提高数据采集可靠性，本文研究并开发了一种基于FPGA的PCI结构的数据采集卡系统。 论文对PCI对目标设备数据采集卡实现的原理和方法进行了深入研究，设计了基于FPGA的PCI数据采集卡的硬件电路，通过在FPGA中嵌入了PCI目标设备的IP核与用户逻辑部分，构成了SOPC系统。使用Verilog硬件描述语言设计并实现了FPGA内部采集数据管理、数据管理寄存器和FIFO数据缓冲队列等模块电路。利用ModelSim对PCI系统进行了仿真。完成了系统硬件电路PCB板的设计，最终制作了PCI数据采集卡。 论文针对PCI结构的数据采集卡系统软件需求，研究了WDM设备驱动软件、Windows环境的简易虚拟示波器以及简易虚拟逻辑仪实现原理和方法。利用DriverStudio+Windows DDK for XP+VC6的软件平台，开发了WDM设备驱动程序。实现了Windows环境的简易虚拟示波器，和简易虚拟逻辑仪。系统测试结果表明该系统设计正确，系统运行稳定，功能和指标达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-27
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串行数字接口SDI是目前使用最广泛的数字视频接口。它是遵循SMPTE-259M和EBtJ-Tech-3267标准制定的，己经被世界上众多数字视频设备生产厂家普遍采纳并作为标准视频接口，主要用在非线性编辑系统、视频服务器、虚拟演播室以及数字切换矩阵和数字光端机等场合。 以往的SDI接口在实现方法上有成本高、灵活性低等缺点，针对这些不足，本文在研究串行数字接口工作原理的基础上，提出了一种基于FPGA的标清串行数字接口(SD-SDI)的设计方案，并使用SOPC Builder构成一个Nios II处理器系统，将SDI接口以IP核形式嵌入到FPGA内部，从而提高系统的集成度，使之具有视频数据处理速度快、实时性强、性价比高的特点。具体研究内容包括： 1.在分析SDI接口的硬件结构和工作原理的基础上，提出了串行数字接口的嵌入式系统设计方法，完成了SDI接口卡的FPGA芯片内部配置以及驱动电路、均衡电路、电源电路等硬件电路设计。 2.采用软逻辑方法实现SDI接口的传输功能，进行了具体的模块化设计与仿真。 3.引入Nios II嵌入式软核处理器对数据进行处理，设计了视频图像数据的采集程序。 该传输系统以Altera公司的Cyclone II EP2C35F672C8为核心芯片，通过发送和接收电路的共同作用，能够完成标清数字视频信号的传输，初步确立了以SDI接口为数据源的视频信号传输系统的整体模式和框架。
上传时间： 2013-07-31
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本文以电子不停车收费系统课题为背景，设计并实现了基于FPGA的π/4-DOPSK全数字中频发射机和接收机。π/4-DQPSK广泛应用于移动通信和卫星通信中，具有频带利用率高、频谱特性好、抗衰落性能强的特点。 近年来现场可编程门阵列(FPGA)器件在芯片逻辑规模和处理速度等方面性能的迅速提高，用硬件编程实现无线功能的软件无线电技术在理论和实用化上都趋于成熟和完善，因此可以把数字调制，数字上/下变频，数字解调在同一块FPGA上实现，即实现了中频发射机和接收机一体化的片上可编程系统(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根据指标要求对数字收发机方案进行设计，确定了适合不停车收费系统的全数字发射机和接收机的结构，接着根据π/4-DQPSK发射机和接收机的理论，设计并实现了基于FPGA的成形滤波器SRRC、半带滤波器HB和定时算法并给出性能分析，最后给出硬件测试平台上结果和测试结果分析。
上传时间： 2013-06-23
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基于FPGA的智能小车系统就是本地计算机通过接入Internet小车实现对远端工作现场、危险工作地段等特殊环境进行监视和控制的系统。智能小车是智能行走机器人的一种，这种智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度、空间、磁场辐射、重力等条件的影响，可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类无法完成的探测任务。适用于国防及民用多个领域。整个系统以遥控小车装置为基础，通过配置在上面的摄像头实现图像的采集及对行车道的检测，通过配置的红外测温仪探测环境和目标的温度，具有一定的智能性。其明显的优点是可以通过网络远程控制小车运行及采集现场的温度、图像等相关信息，完成人类在特定条件下无法完成的工作。对人类的科学研究、探索未知领域、远程监控等有着重要的意义。 论文在深入研究SOPC和嵌入式操作系统的基础上，提出了基于FPGA的智能小车远程监控方案。采用FPGA来实现，可以充分利用现有的IP核，功能扩展容易，设计开发成本低，上市时间快，修改方便，甚至可以远程重构系统。与单片机相比，集成度高，可靠性好，调试和维护方便。 论文主要内容包括以下几个部分：在对智能小车功能分析的基础上，设计了硬件系统，并在FPGA上构建了基于Nios Ⅱ的嵌入式系统，配置了SPI、串行口和以太网接口模块和驱动程序，以及各种存储器。移植了μClinux操作系统，配置嵌入式Web服务器，编写CGI程序，设计了动态网页；并对行车道检测系统进行了研究，在DSP Builder中构建了该模块，并在Matlab中进行了仿真。在研究数码相机模块和红外测温模块的基础上，编写了图像采集和温度测量程序以及小车运动控制程序，并对系统进行了调试，初步达到通过Internet实现远程监控的目的。
上传时间： 2013-05-24
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