基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计

随着电子设备结构和功能的日益复杂,对其内部使用的数字信号处理系统在体积和功耗方面提出了更高的要求。结合以上背景,设计了一种体积小、功耗低的通用数字信号处理系统。该系统利用DSP配合FPGA为硬件架构,以TMS320VC5509A DSP为数据处理核心,通过FPGA对USB、ADC和DAC等外围设备进行控制,并可实现频谱分析、数字滤波器等数字信号处理算法。硬件调试结果表明,该系统满足设计要求,可应用于实际工程和课堂教学等多个领域。

基于FPGA和DSP手持弹道计算器的设计

本文分析了FPGA、DSP和实时操作系统的特点,并介绍了用FPGA和DSP设计手持弹道计算器中的关键技术,如DSP低功耗运行控制、高速RAM低功耗设计、实时操作系统μc/OS-Ⅱ应用等。

一种适用于反熔丝FPGA的电荷泵电路

提出了一种适用于反熔丝FPGA的快速启动低功耗的片上电荷泵电路.该电路基于Dickson电荷泵结构,通过高频时钟信号来启动电荷泵,提高启动速度;电荷泵输出稳定后,通过低频时钟信号来维持电荷泵输出,降低电路功耗.通过增加零伏电路实现了高电压与低电压之间的隔离,解决了反熔丝FPGA对电荷泵不同工作模式下的输出需求.Spectre结果显示,在2.5 V的工作电压下、整体电路全负载的条件下,启动时间13.5μs,稳定输出电压5.43 V,启动电流1.06mA,工作电流184μA.启动时间比参考文献快了36.5μs,相当于3.7倍,功耗仅仅增加了35%.用0.18μm CMOS工艺流片,电路编程成功并且功能正确,结果表明了此结构的可行性和实用性.

基于16 nm FinFET工艺FPGA的低功耗PCIe Gen3性能研究

大数据时代对高速总线的高带宽、低延时及高灵活性有更苛刻的要求,高速串行总线(PCIe)与FPGA的集成能够满足新兴领域的需求,但需要对其在高温和低温下的性能稳定性及低功耗性进行探究。以16 nm FinFET工艺SRAM型FPGA为对象,搭建针对低功耗PCIe第三代(Gen3)的高速通信的性能测试、温升测试以及高温及低温功耗测试方案。测试结果表明,在通信过程中被测电路与CPU通信稳定,读、写速率分别可达3907 MB/s、4430 MB/s,达到理论最大带宽的54.1%、61.4%;被测电路温升不显著,常温下电路的表面温度比对照电路低18.4%;其在高温125℃下的功耗比对照电路低41.9%。该工艺下的电路能够稳定运行PCIe Gen3总线,并在低功耗、低发热状态下实现高质量的信号传输。

基于FPGA和无线通信的冲击波超压采集系统设计

冲击波超压测试技术发展迅速.由于冲击波超压测试现场环境比较恶劣,为了提高测试系统的灵活性和可靠性,提出了一种基于FPGA和无线通信的冲击波超压采集系统的设计,从冲击波超压信号采集的发展现状出发,具体阐述了该系统总体方案的设计思路以及关键技术(电源管理优化设计、ZIGBEE模块和光纤模块等),同时分析了采用FPGA、无线通信、光纤模块带来的高效性、低误触发率、灵活的远程控制等优点.该系统在多次靶场实爆试验中得到了很好的应用,实验结果表明该系统具有较高的灵活性、可靠性和稳定性.

基于FPGA的多传感数据融合电子式互感器采集系统仿真

提出了一种基于FPGA和AD7685的电子式互感器采集系统的设计方案,给出了具体的基于多传感数据融合技术的积分方法,在FPGA中采用Verilog HDL语言编程控制AD7685进行数据采样,并将采样数据加上CRC校验码后按规定的帧格式组帧,最后通过串口按曼彻斯特码发送。由于电子式互感器的采集系统处于高压侧,受到激光电源输出功率的限制,故必须采取低功耗设计。该方案在Quartus II中通过功能仿真,可以满足数据采集、传输的时序性要求。

基于互相关的小型化低功耗超声波风速风向仪设计

超声波风速风向仪具有无转动部件,响应快,精度高的优点,但体积大、功耗高、成本高成为限制超声波风速风向仪广泛使用的主要因素。为了便于超声波风速风向仪的推广和使用,本文采用国产FPGA(Field Programmable Gate Array)并结合FIR(Finite Impulse Respond)滤波器以及互相关检测算法设计了一款超声波风速风向仪,探头之间的距离仅为80 mm,感风面积仅为传统超声波风的1/10,使得省级风洞均可计量检定。整机经过风洞实测,每秒钟可完成50次风速风向测量,在0~5 m/s时风速最大测量误差为±0.3 m/s,5~20 m/s时风速最大测量误差为±0.5 m/s,20~30 m/s风速测量最大误差为±5%,稳定风速下风向测量最大误差为±1°以内,总功耗为0.2 W(仅为传统超声波风功耗的1/20)。通过实测数据发现,FPGA结合数字滤波及互相关检测算法相比于传统的DSP(Digital Signal Processor)超声波风速风向仪能明显缩小体积,降低成本功耗。

FPGA的功耗概念与低功耗设计研究

随着半导体工艺的飞速发展和芯片工作频率的提高,芯片的功耗迅速增加,而功耗增加又导致芯片发热量的增大和可靠性的下降。因此,功耗已经成为深亚微米集成电路设计中的一个重要考虑因素。本文围绕FPGA功率损耗的组成和产生原理,从静态功耗、动态功耗两大方面出发,分析了影响FPGA功率耗散的各种因素,并通过Actel产品中一款低功耗的FPGA进一步进行说明。最后提出了在FPGA低功耗设计中的一些问题。

基于FPGA的低功耗无缆地震仪校钟系统

为了降低当前无缆地震仪的功耗,并且提高其同步采集的精度,文中采用定时开启GPS,利用GPS输出的1 PPS脉冲校准采集站内置32.768 MHz恒温晶振,将校正输出的秒分频信号作为无缆地震仪采集站的同步时标。同时,利用GPS接收机输出的UTC信息校正采集站内部时钟,从而达到低功耗校钟的目的。

基于边缘部署低功耗的神经网络加速器

卷积神经网络作为一种处理网络数据的深度学习模型,广泛的应用于自动驾驶、航空航天等行业。而随着数据量的增长,卷积网络的结构也变得越来越复杂,对于卷积网络这种计算和资源密集型网络如何部署在低功耗、资源少的边缘设备上就成为了一种困难。而FPGA由于其具有高的并行性和低功耗,可以作为一种边缘部署的设备。在这基础上,提出了一种针对于LeNet-5轻量网络的加速器,利用流水线并行加速和循环展开对FPGA的并行计算最大化,然后使用Vitis HLS将高级编程语言转变为硬件描述语言,再利用Vitis IDE进行软件驱动的编写。实验结果表明,相对于在CPU、GPU上进行网络推理,在ZYNQ上FPGA进行网络推理,在检测速率相近的情况下,功耗减少了8倍,这使得神经网络的边缘部署多了一种选择。

基于FPGA的水声信号检测系统设计

结合阵列信号处理技术,应用工程化的MUSIC算法,本文设计了一套基于FPGA的水声信号检测系统,对某些声纳检测系统的设计有一定参考价值。

基于FPGA和ADS8568的多路水声信号采集系统

针对水下试验场所/监测环境信号数量众多的需求及水下电源供电特性,通过采用ADS8568和FPGA软件搭建低功耗、高可靠性多路水声信号采集、传输系统,实现试验场所/监测环境内全方位水声信号实时采集及光纤同步上传。

一种基于MCU和DSP的防毒面具无线通话系统

针对当前安防领域里防毒面具不易进行有效通信问题,设计一种用于防毒面具的无线通话系统。以抗干扰、低功耗和耐高低温三因素为基准,声源经过EFM32系列MCU、BR261系列DSP和TP2015D1音频放大器处理,最终输出高质量的音频信号。通过LeCroy示波器波形分析表明,该系统可识别人声和呼吸气流声,最大工作电流I_(mean)<200 m A,关闭声源放大器时最大电流I_(max)<30 m A,满足低功耗工作要求,声源输出稳定清晰,具备一定抗静电强磁干扰能力。

基于概率计算的TPC译码算法研究与FPGA设计

目前TPC码(Turbo乘积码)常用的译码算法为Pyndiah-Chase-II算法,但Pyndiah-Chase-II算法在搜索最不可靠输入比特位置和最短欧氏距离码字的过程中,涉及大量的排序运算、复杂的分支结构和存储调度使其非常不利于集成电路硬件实现。针对上述问题,提出一种基于概率计算的TPC译码算法,该算法包括信息输入层、随机比特流生成层、BCH硬判决层、BCH&CRC校验层、输出层,其TPC码的子码采用BCH码,通过MATLAB软件进行译码算法的程序设计并完成译码性能和译码延时的仿真。仿真结果表明,该译码算法能够达到和传统的Pyndiah-Chase-II算法相同的译码性能,平均只需要两次迭代即可实现正确译码,能有效地降低译码的延时。最后完成基于FPGA的硬件设计,BCH硬判决层采用查找表方式实现,其他层的逻辑结构简单,均为门级操作,所以能够大幅度减小硬件开销和降低功耗,易于用集成电路实现。

基于FPGA的机载视频显示系统的低功耗设计

机载视频显示系统需要完成对视频信号的实时低功耗处理,采用Xilinx公司新推出的Kintex 7系列FPGA作为核心处理器,并搭载高倍读/写速率的DDR3,实现了对PAL及DVI视频信号的编解码、旋转缩放等处理,系统电路设计模块化,具有较强的灵活性和扩展性。在此设计了一种基于FPGA的低功耗显示系统的硬件架构,测试结果显示,与上一代以Virtex 5 FPGA为核心的视频显示系统相比,其功耗降低了约9 W。

基于FPGA和ZigBee技术的智能家居系统

主要设计了一种智能装置——智能家居系统,提出了一种采用FPGA技术与ZigBee的无线技术来完成对智能家居系统的设计。该系统全部采用无线通信技术来完成,省去了重新布线的问题,能够实时采集温度、湿度和光照度信号,通过对信号的处理,使PDA、计算机或手机可以通过Internet或GSM手机网络。在家中无人的情况下,帮助主人实现远程家务:远程烧水,加热洗澡水,开头空调、窗帘等,从而为用户提供一种智能、灵活、方便的生活空间,并大大增强了系统的可扩展性,同样也实现了现代社会"以人为本"的全新家居生活体验。

基于FPGA的智能热水器设计

传统电热水器系统大多采用单片机作为控制核心,仅具有加热和保温功能,水温不可见,水量不易控制,大多热水器在保温时采用开关控制,给电力系统带来巨大冲击。本系统选用现场可编程逻辑器件Actel Fusion系列FPGA作为控制核心,充分利用其内部模数混合的特点实现水温数字可视化、可预约时间等等功能,运用PID算法实现水的加热和保温,使电力系统受到很小的冲击,且该系统具有安全可靠、节能、高效能、性能稳定、简易操作的特性。

基于FPGA的AES加密算法功耗研究

AES(Advanced Encryption Standard)是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准.详细介绍了AES加密的算法原理,实现了基于FPGA平台AES加密算法的设计与功能仿真.从静态和动态两方面分析了功耗的产生原因,研究了基于FPGA平台的AES加密算法降低功耗的问题,以及随着时钟频率的增加,系统功耗的变化趋势.算法模块占用逻辑资源少,加密效率高,并在保证安全性,和满足应用需求的前提下,实现了平衡数据处理速度和系统功耗这两个重要参数的目的.

一种基于FPGA的低功耗高速解码器设计

针对传统编解码算法复杂度高、不易扩展等问题,对自编码神经网络前向传播算法和结构进行了研究,提出了一种以自编码神经网络为编解码算法,以FPGA为实现平台的低功耗高速解码器系统。该系统实现了字符的编解码,同时可被应用于各种多媒体信息的编解码。通过Model Sim仿真,Xilinx ISE实现后进行硬件实测,对计算精度、资源消耗、计算速度和功耗等进行分析。实验测试结果表明,所设计的解码器能够正确完成数据解码功能,算法简洁高效,扩展能力强,系统具有低功耗、速度快等特点,可广泛应用于各种低功耗、便携式产品。

FPGA的功耗概念与低功耗设计

随着半导体行业的飞速发展和芯片工作频率的不断提高,芯片的功耗迅速增加,而功耗增加导致芯片发热影响设计的可靠性,增加了散热设计成本。因此,功耗已经成为电路设计中需要重要考虑的环节。本文围绕FPGA功耗的组成,从芯片静态功耗、设计静态功耗、设计动态功耗三个方面出发,分析影响FPGA功耗的因素。最后提出了FPGA低功耗设计方法。