可配置高速高精度FFT的硬件实现

提出了一种高速、可变长点、混合基8/4/2、浮点的FFT硬件模块化设计方案。设计方案中,改进了基8/4/2混合基算法,能够处理可变长2N(3≤N≤12)采样点;提出了一种乒乓RAM结构和数据地址的组织,可以同时存、取和处理16个数据,保证处理实时性;采用了超长流水线浮点执行单元,提高了处理结果的精度。目前,该设计已在FPGA上实现,采样点长4k时处理能力为250MSPS。采用0.18μmCMOS工艺综合,4k点时处理能力可达到800MSPS。

FFT算法的一种FPGA实现

FFT运算在OFDM系统中起调制和解调的作用。针对OFDM系统中FFT运算的要求,研究了一种易于FPGA实现的FFT处理器的硬件结构。接收单元采用乒乓RAM结构,扩大了数据吞吐量。中间数据缓存单元采用双口RAM,减少了访问RAM的时钟消耗。计算单元采用基2算法,流水线结构,可在4个时钟后连续输出运算结果。各个单元协调一致的并行工作,提高了系统时钟频率,达到了高速处理。采用块浮点机制,动态扩大数据范围,在速度和精度之间得到折衷。模块化设计,易于实现更多点数的FFT运算。

多通道、大容量同步数据采集系统的硬件设计

目标信号被动探测系统的关键环节之一是建立一套多通道、大容量的同步数据采集系统。该采集系统通过预处理电路、程控放大、数字滤波、同步A／D转换、乒乓RAM、并口通信和笔记本电脑,实现了对目标信号的连续、多通道、大容量同步数据采集,并可通过接口与数字信号处理系统连接,具有良好的实际应用效果。

基于FPGA的新型高速FFT算法研究与实现

提出一种新型基8/4FFT算法及其实现结构,设计出高速的处理模块。该设计可选择性地实现8k、4k及2k点FFT;通过乘法器的复用,有效降低硬件消耗;应用对称乒乓RAM结构提高了蝶型运算单元的连续运算能力。模块利用Ver-ilog语言进行描述,在Quartus5.0软件环境中完成输入、综合及布局布线。结果表明本文提出的算法结构具有优越的精度和速度,充分能够满足实际应用要求。

盲信号处理中FastICA算法的IP核设计

针对盲信号处理中FastICA算法处理速度慢、性能差的问题,提出使用FPGA实现FastI-CA算法的方案,以提高FastICA算法的处理能力。设计了基于Avalon总线的FastICA IP核,嵌入到SoPC和ASIC设计中。仿真测试结果表明,FastICA IP核实现了盲信号分离,处理速度是PC的20倍,满足了高速盲信号处理的需要。

一种适用于DVB-T系统的新型FFT处理器设计

针对地面数字视频广播(DVB-T)系统中高速FFT处理器的设计要求,提出了一种新的基16/8混合基算法及其实现结构。采用单个基16/8复用的蝶形运算单元顺序处理,并通过减少乘法器数目,有效降低了硬件消耗;运算单元内部采用“基4+基4/2”级联流水线方式,大大加快了运算速度;此外,应用对称乒乓RAM结构提高了蝶算单元的连续运算能力;并且使用改进的块浮点防溢出机制,以保证运算精度。仿真和实现结果表明该设计具有良好的性能,完全满足实际应用要求。

一种快速傅里叶变换算法的FPGA实现

分析了快速傅里叶变换(FFT)算法的4种典型结构,提出了一种采用按时间抽取的基2单蝶形运算单元递归结构。对一种64点FFT进行仿真验证,在Cyclone的EP1C6T144C7上实现共占用967个逻辑单元,最高频率达56.47MHz。通过降低蝶形运算单元中乘法数目和采用乒乓RAM结构,节约了硬件资源,加快了FFT运算速度。

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。

基于Petri网的遥测数据采集卡的建模分析研究

在空空导弹飞控系统中,遥测数据是一项重要的测试数据,几乎每个与飞行控制相关的测试流程都会设计到遥测数据的采集与处理。遥测数据是典型的分时复用单向数据总线。针对目前的使用需求,设计了一块基于CPCI总线的遥测数据采集卡,其底层采用FPGA进行实时解码,并采用双RAM乒乓缓存方式解决数据丢帧问题。设计中采用Petri网对板卡进行建模并对功能进行理论分析,证明了该采集卡的Petri网模型是有界的、可达的、无冲突、无死锁、活的,从而证明了该卡是可以稳定连续工作的。并且开发了应用层的测试程序对板卡的功能进行了验证。从理论和实验两方面证明了该遥测数据采集卡可以实现连续稳定不丢帧地对遥测数据进行采集的功能。

一种数据链FPGA不定长数据处理架构

针对导弹与地面设备数据链通信时接口数据囤积多包且数量不定的问题,提出了一种基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)的数据链不定长数据处理架构,核心是三RAM数据缓存模块的设计。通过RAM1和RAM2实现接口数据的乒乓存储,通过RAM3实现缓存数据与物理层模块的数据交互,可达到接口数据无误下发的效果。架构具有通用性,不仅适用于导弹与地面设备之间应答式数据链通信,对于其他应用场景均具有借鉴意义。

基于PCI总线的搜索雷达视频模拟器设计技术

针对目前在军用信息技术领域对搜索雷达视频模拟器大目标批数和高实时性的需求,运用PCI总线和FPGA技术设计搜索雷达视频模拟器系统。在设计方面提出了4个硬件设计要点和1个软件设计结构框图,形成了一个完整的搜索雷达视频模拟器系统解决方案。该方案有效地提高了搜索雷达视频模拟器系统的性能,在军用信息技术领域有较广阔的应用。

嵌入式Montgomery模乘器的实现

给出了一种嵌入式Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ模乘器的设计，它可以被嵌入到ＣＰＵ智能卡中，协同实现各类基于大数模幂乘运算的公钥保密算法。该模乘器采用ｆｉｎｅｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｃａｎｎｉｎｇ（ＦＩＰＳ）方法，使之适合于嵌入式的设计特点。各功能部件的并发执行和对分块ＲＡＭ存储器的乒乓式存取及处理大大提高了该模乘器的处理速度。在１０ＭＨｚ的时钟频率下，利用该模乘器实现５１２ｂｉｔ的模幂运算（加密指数为５１２ｂｉｔ），只需要不到４００ｍｓ。

基于FPGA的实时图像边缘提取系统

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的并行处理能力能够极大提升数字图像处理效率。通过FPGA编程,在硬件层面提出一种实时图像边缘提取系统。对摄像头采集的视频图像实施灰度转化、高斯滤波、二值化等预处理操作,再利用Sobel算子进行边缘检测,提取图像边缘信息,最终经过VGA显示器实时输出。创新性地提出通过线性移位寄存器级联的方式实现矩阵边界填充,解决了部分边界值的不可用性;利用双RAM乒乓操作输出图像数据,解决了模块间速率不匹配问题;设计人为可调节阈值,过滤不同光照强度带来的噪声影响,边缘相关系数由0.63提高至0.91。系统实时性好,资源占用率仅为可用资源的0.67%~23.70%,在与大型FPGA图像处理工程对接中具有应用潜力。