基于FPGA的SDRAM控制器的设计和实现

为扩展TS-101处理器的外部SDRAM存储空间,提出一种基于FPGA的SDRAM控制器的实现方法。分析了所用SDRAM的特点、原理,介绍了SDRAM控制器的组成框图及各模块功能,给出了读写SDRAM的时序图以及SDRAM存储板的性能参数。FPGA中采用了模块化设计方式,该设计将TS-101处理器的外部SDRAM存储空间扩展至512Mbyte。     

LTE系统中的可配置多核并行FFT算法

在LTE系统中,上行链路采用单载波频分多址技术(SC-FDMA),下行链路采用正交频分多址技术(OFDMA),在这两种技术的实现过程中,快速傅里叶变换(FFT)都有着重要的应用。为了提高FFT算法的计算效率,进而提升LTE系统的性能,本文提出了一种基于多核并行处理的点数可配置FFT算法,然后基于硬件实现平台的特点利用OpenMP并行编程语句在PC上对算法进行仿真,最后在FPGA上使用可配置软核MicroBlaze和逻辑资源实现了以上设计。仿真和实现结果表明,在多核环境下计算效率提升显著,尤其在大点数情况下,这对提升整个LTE系统的性能而言是非常有意义的。     

A reconfigurable system featuring dynamically extensible embedded microprocessor, FPGA, and customizable I/O

A system chip targeting image and voice processing and recognition application domains is implemented as a representative of the potential of using programmable logic in system design. It features an embedded reconfigurable processor built by joining a configurable and extensible processor core and an SRAM-based embedded field-programmable gate array (FPGA). Application-specific bus-mapped coprocessors and flexible input/output peripherals and interfaces can also be added and dynamically modified by reconfiguring the embedded FPGA. The architecture of the system is discussed as well as the design flows for pre- and post-silicon design and customization. The silicon area required by the system is 20 mm/sup 2/ in a 0.18-/spl mu/m CMOS technology. The embedded FPGA accounts for about 40% of the system area.     

Memory Access Optimized VLSI for 5000-Word Continuous Speech Recognition

We have developed a memory access reduced VLSI chip for 5,000 word speaker-independent continuous speech recognition. This chip employs a context-dependent HMM (hidden Markov model) based speech recognition algorithm, and contains parallel and pipelined hardware units for emission probability computation and Viterbi beam search. To maximize the performance, we adopted several memory access reduction techniques such as sub-vector clustering and multi-block processing for the emission probability computation. We also employed a custom DRAM controller for efficient access of consecutive data. Moreover, we analyzed the access pattern of data to minimize the internal SRAM size while maintaining high performance. The experimental results show that the implemented system performs speech recognition 2.4 and 1.8 times faster than real-time utilizing 32-bit DDR SDRAM and SDR SDRAM, respectively.     

基于测试系统的FPGA逻辑资源的测试

FPGA在许多领域已经得到广泛应用,其测试问题也显得越来越突出。文章针对基于SRAM结构FPGA的特点,以Xilinx公司的XC4000系列芯片为例,利用检测可编程逻辑资源的多逻辑单元(CLB)混合故障的测试方法,阐述了如何在BC3192V50测试系统上实现FPGA的在线配置以及功能和参数测试。它是一种基于测试系统的通用的FPGA配置和测试方法。     

基于FPGA的柱面投影算法的实现

介绍了圆柱面投影算法的基本原理,给出了基于硬件逻辑实现的系统设计,该设计基于Altera公司Cyclone III系列的FPGA,先将外部数据写入DDR2 SDRAM,然后用硬件逻辑来实现圆柱面投影算法,同时自动生成Cameralink时序提供给后端,并通过显示模块转化输出到LCD的DVI接口进行实时显示,通过显示的图像可看到,硬件逻辑实现的柱面投影达到了预期效果。     

A survey of FPGA design for AI era

FPGA is an appealing platform to accelerate DNN.We survey a range of FPGA chip designs for AI.For DSP module,one type of design is to support low-precision operation,such as 9-bit or 4-bit multiplication.The other type of design of DSP is to support floating point multiply-accumulates(MACs),which guarantee high-accuracy of DNN.For ALM(adaptive logic module)module,one type of design is to support low-precision MACs,three modifications of ALM includes extra carry chain,or 4-bit adder,or shadow multipliers which increase the density of on-chip MAC operation.The other enhancement of ALM or CLB(configurable logic block)is to support BNN(binarized neural network)which is ultra-reduced precision version of DNN.For memory modules which can store weights and activations of DNN,three types of memory are proposed which are embedded memory,in-package HBM(high bandwidth memory)and off-chip memory interfaces,such as DDR4/5.Other designs are new architecture and specialized AI engine.Xilinx ACAP in 7 nm is the first industry adaptive compute acceleration platform.Its AI engine can provide up to 8X silicon compute density.Intel AgileX in 10 nm works coherently with Intel own CPU,which increase computation performance,reduced overhead and latency.     

基于DDR2 SDRAM乒乓双缓冲的高速数据收发系统设计

在高速数据收发系统设计中,首先需要解决的问题是实时数据的高速缓存,然而FPGA内部有限的存储资源无法满足海量数据缓存的要求。为了解决系统中海量数据的缓存问题,系统创新提出了一种基于DDR2 SDRAM的乒乓双缓冲设计方案。方案设计了两路基于DDR2 SDRAM的大容量异步FIFO,通过FPGA内部选择逻辑实现两条通路间的乒乓操作,从而实现数据的高速缓存。实验结果表明,基于DDR2 SDRAM的数据收发系统实现了每路512 Mbit的缓存空间和200 MHz的总线速率,解决了海量数据的高速缓存问题。     

基于DSP和FPGA的机器人声控系统设计与实现

介绍了一种基于DSP和FPGA的机器人声控系统。在语音采集上,将DSP芯片TMS320C5509和音频芯片TLV320AIC23相结合进行语音的采集。在软件开发上,开发环境采用CCS 3.1,语音特征向量采用美尔频率倒谱系数,模式匹配和训练采用隐马尔可夫模型,实现了语音指令的识别。在动作控制上,采用FPGA作为机器人头部动作逻辑控制器,使机器人能够根据非特定人的语音命令做出规定的头部动作。     

定标器的设计与实现

定标器(Scaler)是广泛应用于平板显示器系统中的图像缩放引擎,它将不同分辨率的输入图像经缩放后以固定的分辨率输出到平板显示器上.本文首先在分析定标器系统结构的基础上提出了三个时序约束条件,并推导了相应的公式,当满足这三个约束条件时,定标器中的FIFO和行缓冲区不会上溢或下溢,显示帧与输入帧同步,很好地解决了定标器的时序问题.随后介绍了基于双线性插值算法的图像缩放引擎设计,然后用FPGA实现该缩放引擎,并构建测试环境对整个定标器进行逻辑功能验证,最后给出验证的结果.     

多FIFO灵活定制SDRAM控制器设计

针对SDRAM控制器设计复杂且可复用性低的特点,基于VerilogHDL提出了一种简单且可灵活定制异步FIFO的SDRAM控制器实现。图像预处理时经常会用到SDRAM来作为缓存,SDRAM的工作频率很高,所以一般会用异步FIFO缓存数据匹配它的频率,但是每次都重新设计FIFO的控制显然太繁琐。本设计结合FPGA的特点一方面简化SDRAM的控制时序提高了系统性能,另一方面在控制器中嵌入多路异步FIFO,当面对不同的设计需要时只需给设计关心的异步FIFO加载上数据、时钟、深度以及地址则可。既节约了逻辑资源又实现了重复使用的目的为后续设计节省了时间。     

基于SDRAM的Bayer格式图像插值算法硬件设计

针对传统的双线性Bayer格式图像彩色恢复算法效果不理想,提出了一种新算法,设计了一种将其用FPGA实现的硬件方案。改进算法应用梯度变化来增加通道间的相关性,提高线性插值的效果,根据探测器数据输出格式不满足Bayer插值算法要求,设计了一种基于SDRAM,运用乒乓操作和流水线等技术的硬件处理新机制。整个系统采用一片可编程门阵列(FPGA)作为硬件设计载体,使用Verilog-HDL硬件描述语言并采用自上而下的模块化设计对整个系统进行硬件描述。试验表明,算法在硬件上工作正常,实时输出的彩色图像在PSNR和目视方面均优于双线性插值算法。基本满足了系统在实时性和图像质量方面的要求。     

A New Field Programmable Gate Array: Architecture and Implementation

A new architecture of field programmable gate array for high-speed datapath applications is presented. Its implementation is facilitated by a configurable interconnect technology based on a onetime, two-terminal programmable, very low-impedance anti-fuse and by a configurable logic module optimized for datapath applications. The configurable logic module can effectively implement diverse logic functions including sequential elements such as latches and flip-flops, and arithmetic functions such as one-bit full adder and two-bit comparator. A novel programming architecture is designed for supplying large current through the anti-fuse element, which drops the on-resistance of anti-fuse below 20 Ω. The chip has been fabricated using a 0.8-μm n-well complementary metal oxide semiconductor technology with two layers of metalization.     

基才FPGA的DDR2 SDRAM存储器用户接口设计

使用功能强大的FPGA来实现一种DDR2SDRAM存储器的用户接口。该用户接口是基于XILINX公司出产的DDR2SDRAM的存储控制器．由于该公司出产的这种存储控制器具有很高的效率,使用也很广泛,可知本设计具有很大的使用前景。本设计通过采用多路高速率数据读写操作仿真验证,可知其完全可以满足时序要求,由综合结果可知其使用逻辑资源很少,运行速率很高,基本可以满足所有设计需要。     

基于FPGA的工业数字摄像机系统的设计

针对传统工业数字摄像机的灵活性差、实时性差等缺点,设计了一种基于FPGA的工业数字摄像机系统。将工业数字摄像机与FPGA结合起来,利用FPGA通过I2 C总线接口控制器控制图像传感器采集图像数据,然后将Bayer格式图像转化为RGB格式图像,通过调用Altera IP核DDRII SDRAM controller with ALTMEMPHY和FIFO存储器设计了DDR2SDRAM的接口,将图像数据缓存到DDR2存储器中,最后通过SPI总线接口在液晶屏上显示图像,可达到53帧/s图像的速度。系统代码共需约5 000个逻辑单元,3 704个寄存器,117个引脚。将设计代码下载到系统芯片中后,系统可以清晰显示所拍到的画面。设计结果表明,基于FPGA的工业数字摄像机设计灵活,易于移植,可实现高速图像采集和传输。     

语音增强算法的FPGA实现

介绍了语音增强谱减算法的原理,设计并实现了基于FreeDev公司Altera CycloneⅡ开发板的FPGA语音增强谱减算法片上实时系统。系统使用Altera提供的SOPC Builder及IP核进行硬件系统设计,在NiosⅡIDE开发环境下编写软件工程。实验结果表明,采用FPGA实现语音增强算法系统是有效的。     

基于遗传算法的组合逻辑电路设计的FPGA实现

基于遗传算法的组合逻辑电路的自动设计,依据给出的真值表,利用遗传算法自动生成符合要求的组合逻辑电路。由于遗传算法本身固有的并行性,采用软件实现的方法在速度上往往受到本质是串行计算的计算机制约,因此采用硬件化设计具有重要的意义。为了证明基于FPGA的遗传算法的高效性,设计了遗传算法的各个模块,实现了基于FPGA的遗传算法。     

FPGA Implementation of Carrier Synchronization for QAM Receivers

Software defined radios (SDR) are highly configurable hardware platforms that provide the technology for realizing the rapidly expanding third (and future) generation digital wireless communication infrastructure. While there are a number of silicon alternatives available for implementing the various functions in a SDR, field programmable gate arrays (FPGAs) are an attractive option for many of these tasks for reasons of performance, power consumption and flexibility. Amongst the more complex tasks performed in a high data rate wireless system is synchronization. This paper examines carrier synchronization in SDRs using FPGA based signal processors. We provide a tutorial style overview of carrier recovery techniques for QPSK and QAM modulation schemes and report on the design and FPGA implementation of a carrier recovery loop for a 16-QAM modern. Two design alternatives are presented to highlight the rich design space accessible using configurable logic. The FPGA device utilization and performance for a carrier recovery circuit using a look-up table approach and CORDIC arithmetic are presented. The simulation and FPGA implementation process using a recent system level design tool called System Generator for DSP described.     

大数模乘脉动阵列的FPGA细粒度映射实现

通过分析FPGA可配置逻辑块的细致结构,提出了一种基于FPGA的细粒度映射方法,并使用该方法高效实现了大数模乘脉动阵列.在保持高速计算特点的同时,将模乘脉动阵列的资源消耗降低为原来的三分之一.在低成本的20万门级FPGA器件中即可实现1024位模乘器.该实现每秒可进行20次RSA签名.如果换用高性能FPGA,签名速度更可提高至每秒40次.     

基于CPCI总线的一体化数据处理中心的研究与实现

为了满足工业控制系统多功能和数据处理能力的需求,设计了基于CPCI总线的一体化数据处理中心。系统以FPGA芯片为硬件控制核心,利用硬件描述语言Verilog进行编程,采用自顶向下和模块化的设计方法,实现了在同一嵌入式产品上集成光纤通信、A／D、D／A、CPCI总线、SDRAM存储等功能,实现了系统的一体化、小型化。实际应用表明本系统稳定可靠、易于维护,满足工业控制领域的需求。