软核嵌入处理器MicroBlaze

MicroBlaze是Xilinx的软核嵌入处理器,使用开发工具ISE/XPS和相关IP-Core,利用FPGA内的通用资源,用户可以参数化地设计CPU、总线、接口等组件,在FPGA内部实现一个完整的高性能处理器,且支持多核处理器,同时可在XPS中完成操作系统配置和应用软件的设计调试。软核嵌入处理器广泛适用于各个领域。文章介绍软核嵌入处理器MicroBlaze及其设计方法。     

一种节能型可升级异步FIFO的FPGA实现

提出了一种节能并可升级的异步FIFO的FPGA实现。此系统结构利用FPGA内自身的资源控制时钟的暂停与恢复,实现了高能效、高工作频率的数据传输。该系统在Xilinx的VC4VSX55芯片中实现,实际可工作于高达100/153.6MHz的读/写时钟域。本文所提出的结构不依赖于现有的IP核,基于此结构易建立可升级的IP核。     

FSL总线IP核及其在MicroBlaze系统中的应用

MicroBlaze是基于Xilinx公司新一代FPGA器件的软处理器核。其FSL总线是FIFO单向链路,可以实现用户自定义IP核与MicroBlaze内部通用寄存器的高速直连。本文对MicroBlaze的几种主要总线接口进行比较,详细分析、介绍FSL总线的结构、特点、工作原理和配置方法。通过一个矢量汉字还原的应用实例,具体描述在FPGA片上系统设计中利用FSL高速总线整合用户自定义IP核,实现软处理器系统硬件加速的方法及步骤。     

在8051 IP核基础上用FPGA实现数据采集

介绍在FPGA中利用硬件描述语言完成8051微控制器IP核的设计方案、开发流程及设计中的几个技术要点,最后在Altera公司的ACEX1K100QC208芯片上实现8051IP核,并例举其在一高速数据采集中的嵌入式应用,为基于FPGA的嵌入式系统设计提供可参考的实例。     

基于Microblaze软核的嵌入式系统设计

结合实际项目的开发经验,详细讲解了基于Xilinx Microblaze软核开发的整个流程,包括硬件平台搭建、软件平台开发、嵌入式操作系统的加载以及用非易失性存储设备对FPGA进行上电配置等内容.利用FPGA软核进行嵌入式系统开发,将得到越来越多的关注和应用.     

基于龙芯IP核SoC芯片的FPGA验证技术研究

阐述了片上系统(SoC)设计的发展情况和现场可编程门阵列(FPGA)的独特优势,为基于龙芯I号处理器IP核的SoC设计了FPGA验证平台,并介绍了怎样利用该平台进行软硬件协同设计、SoC系统移植、IP核验证和运行实时操作系统。     

FPGA的高速多通道数据采集控制器IP核设计

介绍基于FPGA嵌入式系统的多通道高速数据采集模块控制器的IP核设计。采用TI公司的6通道同步采集A／D转换器件（ADS8364）,针对该器件使用硬件描述语言设计IP核,实现对采集数据的处理,同时设计了IP核与嵌入式系统的接口。在Xilinx公司的ISE开发工具中,利用FPGA器件中的硬FIFO控制器辅助设计IP核,利用嵌入式开发工具EDK建立FPGA嵌入式系统,并添加和修改了用户自定义IP核,通过仿真验证了该方法的实效性。     

基于FPGA的PROFIBUS-DP从站IP软核的设计

提出一种用FPGA实现现场总线PROFIBUS-DP从站软IP核的设计方案。IP核为单个FPGA上实现一个完整的系统(SoPC)提供极大便利。通过IP核进行模块化设计,采用FPGA直接搭建IP核实现PROFIBUS-DP从站接口SPC3集成芯片的功能。通过实际应用验证了方案的正确性和可行性,提高了设计效率,极大地节约了硬件资源。     

基于SOPC的扩频接收机设计与实现

采用FPGA+DSP模式实现的扩频接收机存在开发周期长、实现难度大等缺点。针对该问题,基于可编程片上系统,利用FPGA内的嵌入式软核NiosII代替DSP处理器和通用控制器,在单片FPGA内实现整个BD/GLONASS组合导航定位接收机。阐述匹配滤波器、相关器、载波跟踪环和码跟踪环的算法理论与实现方法。在24 h内的静态定位结果表明,该接收机的定位精度满足要求。     

面向异构多核处理器的FPGA验证

随着处理器架构的发展,高性能异构多核处理器不断涌现.由于高性能异构多核处理器的设计十分复杂,为了降低设计风险,缩短验证周期,提前进行软件开发,复现硅后问题等,通常需要搭建现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)的原型验证平台,并基于FPGA平台开展种类繁多,功能各异的软硬协同验证和调试工作.提出的基于同构FPGA平台对异构多核高性能处理器的FPGA调试、验证方法,有效地利用了异构多核处理器的架构特征,同构FPGA的对称特点,以层次化的方法自顶向下划分FPGA,自底向上构建FPGA平台.结合差速桥、自适应延迟调节、内嵌的虚拟逻辑分析仪(virtual logic analyzer, VLA)等技术可快速完成FPGA平台的点亮(bring-up)和部署.所提出的多核互补,核间替换模拟的调试SHELL等方法可以快速完整地对目标高性能异构多核处理器进行FPGA验证.通过该FPGA原型验证平台,成功地完成了硅前验证,软硬件协同开发和测试,硅后问题复现工作,并为下一代处理器架构设计提供了快速的硬件平台.     

一种SEU硬核检测电路的设计与实现

现有的现场可编程门阵列(FPGA)芯片在进行单粒子翻转(SEU)检错时,只能针对FPGA配置单元进行周期性重复擦写而不能连续检错纠错。为此,设计一种能连续检测SEU错误并实时输出检错信息的硬核检测电路。该设计改进传统FPGA芯片的数据帧存储结构,能对芯片进行连续回读循环冗余校验(CRC)。在FDP3P7芯片上的流片实现结果表明,该电路能在50 MHz工作频率下连续对芯片进行回读CRC校验,并正确输出SEU帧检错信息。     

可进化芯片的FPGA接口设计与实现

针对FPGA IP核在可进化可编程系统芯片(SoPC)中嵌入时存在FPGA IP核端口时序控制和位流下载的问题,实现一种适用于可进化SoPC芯片的FPGA接口。该FPGA接口使用异步FIFO、双口RAM的结构和可扩展的读/写命令传输方式来实现FPGA IP核与系统的异步通信。嵌入式CPU可以通过FPGA接口实现FPGA IP核的片内位流配置。FPGA接口中的硬件随机数发生器实现进化算法的硬件加速。使用自动验证平台与FPGA原型验证平台对FPGA接口进行验证来实现验证的收敛。测试结果表明,FPGA接口成功实现了嵌入式CPU与FPGA IP核的通信,完成芯片内的进化。     

RTAI混合任务调度器的设计与实现

针对RTAI系统只能调度单一类型任务的问题,提出一种可调度多类型任务的混合任务调度器。该调度器支持CBS调度策略,并采用LXRT机制关联软实时任务和CBS服务器,根据服务器调度策略对软实时任务进行调度。实验结果表明,该混合任务调度器在保证硬实时任务正常运行的同时提高了软实时任务的服务水平。     

Beyond Pure Frequency and Phases Exploiting： Color Influence in SSVEP Based on BCl

A BCI （brain computer interface） established a new direct communication channel using the brain activity between the human brain and machine. The visual stimulus with a certain frequency is present to the BCI users; it exists in a particular condition to observe a continuous brain response respect to frequent of visual stimuli. A significant problem when engaged the SSVEP （steady-state visual evoked potential） based on BCI, it will be exhausted and may suffer for the users when staring at flashing stimuli. This experimental study investigates how the differences in LED＇s-colors influence of SSVEP with respect to （i.e., frequencies and phases）. The result shows that the visualization of phase delays in lower frequencies greater than in higher frequencies.     

轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元设计

针对油气井中井眼口径窄小、高温、高冲击等恶劣环境,采用双轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计作为核心传感器部件,实现了轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元(IMU)。采用DSC(dsPIC30F6014A)+FPGA双CPU导航计算机方案完成导航计算和滤波算法以及IMU数据的采集、控制与传输等功能。重点介绍了系统工作原理,IMU、数据采集与接口电路和双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明:该样机达到了预期精度指标要求(井斜角精度优于±0.2°,方位角精度优于±2°,工具面精度优于±0.5°),系统的性能尺寸体积、重量等方面达到了井下测斜仪器设计要求。     

一种多通道并行固态存储系统的设计与实现

鉴于高速数据采集系统对实时数据存储带宽和容量的要求,提出一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的高速多通道并行固态存储系统。该系统以现场可编程门阵列器件XCV5LX110T为核心,选用大容量高速闪存芯片作为存储介质,通过采用并行总线拓宽技术和流水线缓冲技术,在FPGA片内搭建高速多通道并行存储硬件架构,从硬件角度提高系统的数据吞吐带宽。设计一种基于超级页的地址映射策略,并使用该策略对闪存转换层算法的请求处理机制进行并行加速优化,从软件角度提高系统的存储并行性。测试结果表明,该系统的最大存储速度达到73MB／s,其性能指标能满足高速实时数据存储的需求,证明多通道存储架构和FTL算法具有良好的并行性和可扩展性。     

FPGA测试技术及ATE实现

随着FPGA的规模和复杂性的增加,测试显得尤为重要。介绍了SRAM型FPGA的结构概况及FPGA的测试方法,以Xilinx公司的spartan3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,阐述了如何在自动测试系统（ATE）上实现FPGA的在线配置以及功能和参数测试,为FPGA面向应用的测试提供了一种可行的方法。     

基于SVM概率建模的硬件实现优化算法

在2种基于一对一分类策略的支持向量机(SVM)多类概率建模算法中,Pairwise Coupling概率建模算法不适合FPGA硬件实现,而投票概率建模算法分类性能较差。为此,提出一种基于Sigmoid函数的SVM概率建模的硬件实现优化算法,该算法基于合并计算及Log-add计算方法。理论分析结果表明,该算法可避免复杂的迭代计算和大量指数计算,减少运算量,并易于FPGA硬件实现。     

针对FPGA密码芯片的近场差分电磁分析攻击

为探究现场可编程门阵列（FPGA）密码芯片运行时电磁辐射造成的涉密信息泄漏情况,研究了互补金属氧化物半导体（CMOS）电路直接电磁辐射的原理,构建了FPGA密码芯片的近场电磁辐射模型。根据这个模型,探讨了近场电磁辐射测量点的选取,采用电磁扫描的方法解决了电磁探头在FPGA表面电磁信号采集的定位问题。此外,在阐释了差分电磁分析（DEMA）攻击原理的同时,完成了高级加密标准（AES）的FPGA电路设计,针对FPGA密码系统的DEMA攻击实验表明,通过电磁扫描找到最佳测量点,在42 000个样本的条件下能成功破解AES密码电路的128 bit密钥。