基于FPGA的低成本多媒体和SOPC开发平台的研究

论文摘要

深亚微米工艺在IC(集成电路)中的使用使得FPGA(现场可编程门阵列)芯片的规模越来越大；电子产品的性能、价格及上市时间的要求，使得FPGA在多媒体信号处理、数字IC设计前端验证等领域广泛应用，同时也使得其速度越来越高。电子系统朝着大规模、小体积、高速度的方向飞速发展，电子系统中逻辑和系统时钟频率的迅速提高和信号边沿不断变陡，印刷电路板的线迹互连和板层特性对系统电气性能的影响也越发重要。本课题研究的内容是：通过对高速数字系统信号完整性和电磁兼容性的分析，设计出一种稳定、高效、低成本的FPGA开发板及其子板系统，并且能够稳定的运行基于JPEG(联合图像专家组)标准的数字图像采集、处理和传输系统，以及Xilinx MicroBlaze 32位SOPC(可编程片上系统)软IP(知识产权)核构成的中断控制器。为目前FPGA广泛应用的领域提供一种参考设计与开发方案。课题除了完成上述系统外，还在具体的实现环节上提出了两个创新点，其一是视频信号前端处理中乒乓缓存控制器的使用，其二是多功能图像采集接口卡的结构优化设计，这两点均已在国内期刊上发表了论文。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 各章节内容安排
• 第二章 基于FPGA的硬件开发平台设计
• 2.1 硬件系统设计方案分析
• 2.2 FPGA主板硬件电路平台设计
• 2.3 多媒体信号采集卡设计
• 2.4 开发平台的信号完整性及电磁兼容性分析
• 2.4.1 系统的信号完整性分析
• 2.4.2 电磁兼容性分析
• 2.4.3 数字系统的时序分析
• 2.4.3.1 公共时钟时序
• 2.4.3.2 源同步时序
• 2.5 实际设计中的解决方案
• 2.5.1 PCB布局
• 2.5.2 PCB布线
• 2.5.3 PCB设计的电源分配的设计
• 2.5.3.1 电源分配和设计
• 2.5.3.2 地线分配和设计
• 2.5.4 电路板原理图和PCB
• 第三章 基于 JPEG标准的视频采集系统的HDL设计
• 3.1 视频信号采集预处理模块设计
• 3.2 JPEG基本模式原理和模块设计
• 3.2.1 JPEG基本系统
• 3.2.2 最小编码单元
• 3.2.3 二维 DCT
• 3.2.4 系数量化
• 3.2.5 编码
• 3.2.6 JPEG的数据组织形式
• 3.2.6.1 压缩数据格式
• 3.2.6.2 标志和标志段的定义
• 3.2.7 JPEG基本模式编码器结构
• 3.2.8 JPEG压缩图像及数据的计算机仿真
• 3.2.8.1 JPEG压缩图像的计算机仿真
• 3.2.8.2 JPEG数据的计算机仿真
• 3.2.9 应用JPEG压缩数字视频
• 3.3 视频传输模块实现
• 第四章 基于MicroBlaze的32位SOPC开发
• 4.1 MicroBlaze简介
• 4.2 CoreConnect技术
• 4.3 MicroBlaze的开发
• 4.4 MicroBlaze的设计流程
• 第五章 课题总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录