现场可编程门阵列应用技术

评述Ｘｉｌｉｎｘ公司ＦＰＧＡ器件的基本结构，产品种类，设计流程等问题，并列出应用实例。     

现场可编程门阵列技术

本文对一种新型ASIC——FPGA电路作了综合性分析与评述,包括结构类型,主要生产厂家、产品系列及其性能数据,设计与开发工具,应用领域与市场预测等。最后就如何及时开发我国的ASIC、特别是FPGA技术,提出了作者自己的建议。     

现场可编程门阵列(FPGA)及应用

美国Actel公司采用先进的、具有专利权的结构及编程技术,研制生产出了在集成规模、工作速度、设计灵活性等方面处于世界领先水平的ACT系列FPGA芯片,为数字系统设计者提供了一个新的机遇.本文简要介绍了ACT系列FPGA的结构、特点、产品系列及应用.     

用现场可编程门阵列设计前向神经网络

本文给出了利用现场可编程门阵列来实现多层前向神经网络(反向传播-BP网络)的方法.首先利用了相关软件在理论上作了算法上的仿真,在此基础上构建了前向神经网络的硬件结构.主要使用了查找表的方式来实现Sigmoid激励函数,并给出了解决异或问题的硬件上的具体方案.最后给出了BP网络解决异或问题的Quartus Ⅱ仿真结果,表明了方案的可行性.     

基于现场可编程门阵列的通用化PCM编码器

针对目前弹载遥测系统对PCM编码器提出的通用化应用需求,提出了一种基于现场可编程门阵列的通用化PCM编码器;该方法以软件为主的信号处理方式代替硬件处理,采用Verilog HDL语言和模块化的设计思想将编码器的各功能模块集成在单片FPGA中,通过功能模块的积木式组合和参数配置实现了对被测弹箭系统的采集编码;仿真测试结果表明该编码器满足绝大多数弹箭遥测系统的参数测试要求,在弹箭遥测系统中飞行试验结果表明该编码器在全弹道飞行过程中工作稳定可靠,该编码器实现了通用化的要求.     

基于单片机的现场可编程门阵列的配置

本文介绍了基于SRAM查找表的现场可重配置FPGA的结构和原理,及其配置方法,通过对多种配置方法的比较,提出了由单片机和EPROM存储器组成的串行配置方式.这种方式结构简单,设计保密性好,易于升级,降低设计成本.     

基于单片机的现场可编程门阵列的配置

本文介绍了基于SRAM查找表的现场可重配置FPGA的结构和原理,及其配置方法,通过对多种配置方法的比较,提出了由单片机和EPROM存储器组成的串行配置方式。这种方式结构简单,设计保密性好,易于升级,降低设计成本。     

基于现场可编程门阵列的新型可编程逻辑控制器在线调试技术

针对基于现场可编程门阵列(FPGA)的新型可编程逻辑控制器(FPGA based PLC)的在线监控问题,提出了泛化的基于FPGA技术对嵌入式片上系统(SoC)进行在线监控的方法。该方法设计了一个FPGA片上通信系统,系统内部固化基于UART的ModBus通信协议栈,通过串口与计算机上位机进行通信;采用双口RAM(DRAM)作为与监控对象间共享的数据缓存区,通过中断机制实现缓存数据的同步交换。性能分析结果表明,该方法将SoC处理监控通信的时间百分比降低至0.002%,确保了监控数据传送的实时性,且使SoC能够获得更佳控制性能。在Altera的cycloneⅡ系列芯片开发板上验证了方案的可行性。     

基于现场可编程门阵列的RISC处理器设计

基于现场可编程门阵列(FPGA)平台,设计嵌入式精简指令集计算机(RISC)中央处理器(CPU)。参考无内部互锁流水级微处理器(MIPS)指令集制定原则设计CPU指令集,通过分析指令处理过程构建嵌入式CPU的5级流水线,结合数据前推技术和软件编译方法解决流水线相关性问题,并实现CPU的算术逻辑单元、控制单元、指令cache等关键模块设计。验证结果表明,该嵌入式RISC CPU的速度和稳定性均达到设计要求。     

基于蚁群优化算法的虚拟现场可编程门阵列部署策略

针对可重构密码资源池中,如何在最少的现场可编程门阵列（FPGA）上部署虚拟FPGA （vFPGA）的问题,结合FPGA的工作特点和应用场景的需求,在传统蚁群算法的基础上进行了优化,提出了一个基于蚁群优化（ACO）算法的vFPGA部署策略。首先,通过赋予蚂蚁资源状态感知的能力实现各个FPGA之间的负载均衡,同时避免频繁的vFPGA迁移;其次,设计预留空间,有效减少因为租户需求动态变化带来的服务等级协议（SLA）冲突;最后,对CloudSim进行功能扩展,使用合成的工作流进行仿真实验,对该策略性能进行评估。实验结果表明,所提策略可以在保证系统服务质量的前提下,提高FPGA资源利用率,减少FPGA使用量。     

Keccak算法|海绵结构|哈希算法|可重构|现场可编程门阵列

在分析研究Keccak算法的基础上,针对现有Keccak算法的硬件实现方案版本单一,应用不灵活的问题,设计了一种高性能可重构的Keccak算法硬件实现方案。实验结果表明:该方案在Xilinx 公司的现场可编程门阵列(FPGA)Virtex-5平台上的时钟频率可达214MHz,占用1607slices;该方案具有吞吐量高(9131Mbps),应用灵活性好,可支持4种不同参数版本的优点。     

XC3100现场可编程门阵列电路设计

用XC3100系列现场可编程门阵列的电路设计过程和对自动布局布线的人工干预.     

基于动态自适应冗余的现场可编程门阵列容错方法

现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)极易遭受由空间高能粒子辐射引发的故障,进而影响片上任务的正常执行.目前常采用三模冗余(triple modular redundance, TMR)进行容错设计,尽管可以取得较好的容错效果但存在资源开销大的问题.尤其当辐射水平较低时,对全部任务采用三模冗余方式执行能使上述资源开销大的问题更加严重.针对此,提出了一种基于动态自适应冗余的容错方法(fault tolerance based on dynamic self-adaptive redundancy, FTDSR).首先,利用片上块存储(block RAM, BRAM)对空间粒子辐射的高敏感性,设计改进了基于BRAM的辐射水平监测器,周期性监测空间环境的辐射水平;其次,以每个任务执行周期的松弛度时间和当前辐射水平为标准评估任务的可靠性等级,进而在不同辐射水平下以单个任务为粒度动态自适应地匹配冗余策略,保证片上任务成功执行,同时避免高资源开销.仿真实验表明,采用FTDSR的FPGA在不同辐射水平下具备高可靠性,与目前主流的FPGA冗余容错方法相比,在同一辐射水平条件下,片上任务完成量平均提高了57.2%.     

基于多现场可编程门阵列异构平台的 流水线技术优化方法

该研究提出了一种基于多现场可编程门阵列异构平台的流水线技术优化方法。首先,基于二 分法思想对任务进行划分,使任务量尽可能均衡地部署在不同现场可编程门阵列单元中,从而提高板 级流水线均衡度;其次,针对板间传输延迟进行了流水线结构的优化,在板间延迟较大时,将板间延 迟作为流水线的一级可以提高平台吞吐率;最后,并行优化计算单元内部模块,并通过数据关系重 排、循环展开、循环流水线等手段充分利用现场可编程门阵列计算资源,提高吞吐率和能效比。采用 AlexNet 网络为例进行的验证结果显示,与优化之前的流水线结构相比,改进后的流水线结构吞吐率 提高了 215.6%,能效比提高了 105.5%,单次任务运行时间减少了 36.6%。     

FPGA的配置

讨论了ＸＩＬＩＮＸ公司的ＣＸ３０００系列ＦＰＧＡ芯片的各种配置方式，并着重介绍单个ＦＰＧＡ及菊花链结构的多个ＦＰＧＡ的最实用的主串及从串方式。     

现场可编程门阵列XC6200的结构分析和应用探讨

现场可编程门阵列在电子系统中应用越来越广泛，Ｘｉｌｉｎｘ公司新推出的ＸＣ６２００系列以其独特的结构和卓越的性能开辟了一个新的应用领域——可配置协处理器。对ＸＣ６２００的结构进行了分析，并探讨其作为可配置协处理器的应用。     

利用高级综合进行FPGA设计

本文提出了一种从较高的行为级描述进行ＦＰＧＡ设计，从而替代传统的以原理图作为设计输入的方法。通过高级综合，可以把用户所给出的行为功能描述自动转化为较低层 次的结构描述，并进一步与ＦＰＧＡ设计系统相连完成最终设计。     

基于现场可编程门阵列的语谱图显示与增强

在基于现场可编程门阵列(FPGA)的语谱分析研究与设计中,直接显示的语谱图不能够体现语谱的细节变化情况,针对这一问题,提出了一种适合FPGA实现的语谱图增强显示的方法。该方法通过非线性变换,将高灰度分辨率图像压缩为低灰度分辨率图像,能更好地体现语谱图的细微变化。由于人眼对灰度的分辨能力远低于对色彩的分辨能力,对灰度图像进行了伪彩色处理,并将结果通过视频图形阵列(VGA)方式显示。实验结果表明,通过该方法可以获得更多的语谱图所表达的视觉细节信息。