FPGA器件与MATLAB接口仿真过程(doc 8页)
基于MATLAB与FPGA的图像处理教程
这本书的作者韩彬、林海全和姜宇奇都是电子工业社的专家，他们深入浅出地 讲解了基于MATLAB和FPGA的图像处理原理和应用。其中，MATLAB作为一种强 大的数学计算和算法开发工具，被广泛用于算法设计和验证。而FPGA（现场可 编程门阵列）则是一种灵活的硬件加速引擎，可以用于实现高性能的并行处理 和计算。
当谈到MATLAB在图像处理中的应用时，作者强调：“MATLAB是一个强大的科 学计算工具，它提供了丰富的图像处理工具箱，使得用户可以轻松地实现各种 复杂的图像处理算法。”
对于如何结合MATLAB和FPGA进行图像处理，作者解释道：“通过将MATLAB算 法部署到FPGA上，我们可以实现高速、实时的图像处理。这是因为FPGA具有 高并行性和高效率的特点，可以大大提高算法的执行速度。”
在理解了图像处理算法的理论基础之后，本书通过MATLAB软件将这些算法进 行实现和验证。这部分内容详细介绍了如何使用MATLAB进行图像处理的各种 操作，包括图像的读取、处理和显示等。通过这部分内容，读者可以深入理解 图像处理算法在软件层面的实现方法。
这一部分是本书的核心内容，它详细介绍了如何将前面所学的图像处理算法通 过FPGA进行并行硬件加速。这部分内容涉及到了FPGA的基本知识、硬件设计 流程以及具体的实现案例。通过这部分内容，读者可以了解到FPGA在图像处理 领域的应用以及如何将算法移植到FPGA上进行硬件加速。
内容摘要
这些实例涵盖了多种图像处理算法，包括图像滤波、边缘检测、形态学操作等。通过这些实例， 读者可以深入了解FPGA图像处理的实现细节。 《基于MATLAB与FPGA的图像处理教程》是一本理论与实践相结合的教程，适合对图像处理和嵌 入式系统开发感兴趣的读者阅读。通过本书的学习，读者可以掌握使用MATLAB和FPGA进行图像 处理的核心技能，为实际项目的开发提供有力的支持。
基于MATLAB与FPGA的OFDM调制解调器设计与仿真实现
基于MATLAB与FPGA的OFDM调制解调器设计与仿真实现1 前言 ...................................................................1 2 基本原理 (2)3 基于MATLAB的OFDM全过程仿真与性能仿真分析 (5)3.1 MATLAB简介 (5)3.2 基于MATLAB的OFDM全过程仿真分析 (5)3.2.1 仿真参数设置 (5)3.2.2 仿真流程设置 ................................................ 5 3.2.3 仿真过程分析 ................................................ 6 3.2.4 仿真误码率分析 ............................................. 10 3.3 基于MATLAB的OFDM性能仿真分析 ................................... 11 3.4 本章小结 ......................................................... 18 4 硬件设计 (19)4.1 总体方案设计 (19)4.2 单元模块设计 (21)4.2.1 电源模块设计 (22)4.2.2 复位模块设计 ............................................... 22 4.2.3 时钟模块设计 ............................................... 23 4.2.4 LED模块设计 ................................................ 23 4.2.5 FLASH模块设计 .............................................. 24 4.2.6 SDRAM模块设计 .............................................. 25 4.2.7 I/O模块设计 ................................................ 26 4.3 特殊器件介绍 (27)4.3.1 EP2C8Q208C8N ............................................... 27 4.4 本章小结 ......................................................... 27 5 基于IPCore的OFDM调制器设计与仿真实现 .. (28)5.1 IPCore简介 (28)5.2 Altera FFT IPCore调用流程 ....................................... 28 5.3 OFDM调制器模块的设计与仿真实现 . (31)5.3.1 调制器模块设计 (31)5.3.2子模块仿真分析 (31)基于MATLAB与FPGA的OFDM调制解调器设计与仿真实现 6 系统调试 .............................................................. 39 7 结论 .................................................................. 40 8 总结与体会 ............................................................ 41 9 致谢 .................................................................. 42 10 参考文献 ............................................................. 43 附录1：EP2C8Q208C8N芯片原理图 .......................................... 44 附录2：EP2C8Q208C8N芯片PCB图 .......................................... 45 附录3：AD9957芯片原理图 ................................................ 46 附录4：AD6620芯片原理图 ................................................ 47 附录5：DUC部分电路图 ................................................... 48 附录6：FPGA部分电路图 .................................................. 49 附录7：FPGA部分PCB图 .................................................. 50 附录8：设计程序 ........................................................ 51 附录9：外文资料翻译 . (56)基于MATLAB与FPGA的OFDM调制解调器设计与仿真实现1 前言OFDM是一种多载波传输技术，它的出现至今已有40余年历史。
数字调制解调技术的MATLAB与FPGA实现
C
4.2 FIR与IIR滤波器的原理
4 滤波器的 MATLAB 与FPGA实 现
4.3 FIR滤波器的MATLAB设 计
https:///
4.3.1 采用 fir1函数设 计
4.3.3 采用 fir2函数设 计
4.3.2 采用 kaiserord 函数设计
4.3.4 采用 firpm函数 设计
3.4.4 浮点运算 模块
04
4 滤波器的MATLAB与FPGA实现
4 滤波器的MATLAB与FPGA实现
1
4.1 滤波器概述
2
4.2 FIR与IIR滤波器的原理
3
4.3 FIR滤波器的MATLAB设 计
4
4.4 IIR滤波器的MATLAB设计
5
4.5 FIR滤波器的FPGA实现
6
4.6 IIR滤波器的FPGA实现
2.2.1 Verilog HDL语言特点
A
2.2.2 Verilog HDL程序结构
B
2 设计语言及环境 介绍
2.3 FPGA开发工具及设计 流程
2.3.1 Quartus II 开发套件
2.3.2 ModelSim 仿真软件
2.3.3 FPGA设计流 程
2 设计语 言及环境 介绍
2.4 MATLAB软件
4.5.1 FIR滤波器的实现结构
4.5.3 MATLAB仿真测试数 据
4.5.5 FPGA实现后的仿真 测试
4.5.2 采用IP核实现FIR滤波 器
4.5.4 测试激励的Verilog HDL设计
4 滤波器的MATLAB与FPGA实现
4.5 FIR滤波器的FPGA实现
4 滤波器的 MATLAB 与FPGA实 现
通过Matlab软件实现对DSP-FPGA线性调频信号仿真
通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真直接数字频率合成（DDS）是近年来得到迅速发展的一种新的频率合成方法，具有频率切换速度快，很容易提高频率分辨率、对硬件要求低等优点。
可编程全数字化便于单片集成、有利于降低成本。
提高可靠性并便于生产等有点。
DDS技术从相位的概念出发进行频率合成，存储了数字采样波形表，可以产生点频、线性调频、ASK、FSK等各种形式的信号。
线性调频信号可以获得较大的压缩比，有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率，作为一种常用的脉冲压缩信号，已经广泛应用于高分辨率雷达领域。
Matlab是美国MathWorks公司自20世纪80年代中期推出的数学软件，优秀的数值计算与卓越的数据可视化能力使其很快在同类软件中脱颖而出。
Matlab已经发展成为多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。
本文用Matlab软件建立DDS系统中线性调频信号的仿真模型，对于理解线性调频信号和在FPGA中来实现线性调频信号有借鉴意义。
DDS线性调频信号发生器框图设计图1 DDS技术的基本原理1 DDS技术的基本原理基本模型如图1所示，主要由时钟频率源fclk、相位累加器、波形存储器(ROM)、数/模转换器(D/A)、以及低通滤波器(LPF)组成。
输出信号波形的频率表达式为：(1)式中，fclk为参考时钟频率，ΔΦ为相位增量，N为相位累加器的位数。
只要N足够大，DDS可以得到很小的频率间隔。
要改变DDS的输出信号的频率，只要改变ΔΦ即可。
当参考时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率的控制字，频率分辨率取决于累加器的位数，相位分辨率取决于ROM的地址位数，幅度量化取决于ROM的数据字长和D/A转换器的位数。
2 线性调频信号的实现框图图2 软件编程实现线性调频信号的原理图脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频信号，接收时采用匹配滤波器（Matched Filter）压缩脉冲。
它的数学表达式如下：式中fe为载波频率，K=B/T是调频斜率，于是，信号的瞬时频率为。
FPGA仿真方法介绍及其仿真程序设计
FPGA仿真方法介绍及其仿真程序设计一、概述FPGA仿真方法：（1）交互式仿真方法：利用EDA工具的仿真器进行仿真，使用方便，但输入输出不便于记录规档，当输入量较多时不便于观察和比较。
（2）测试平台法：为设计模块专门设计的仿真程序，可以实现对被测模块自动输入测试矢量，并通过波形输出文件记录输出，便于将仿真结果记录归档和比较。
二、仿真程序的设计方法1 仿真的三个阶段（1）行为仿真：目的是验证系统的数学模型和行为是否正确，对系统的描述的抽象程度较高。
在行为仿真时，VHDL的语法语句都可以执行。
（2）RTL仿真：目的是使被仿真模块符合逻辑综合工具的要求，使其能生成门级逻辑电路。
在RTL仿真时，不能使用VHDL中一些不可综合和难以综合的语句和数据类型。
该级仿真不考虑惯性延时，但要仿真传输延时。
（3）门级仿真：门级电路的仿真主要是验证系统的工作速度，惯性延时仅仅是仿真的时候有用在综合的时候将被忽略。
2 仿真程序的内容（1）被测实体的引入。
（2）被测实体仿真信号的输入。
（3）被测实体工作状态的激活。
（4）被测实体信号的输出（5）被测实体功能仿真的结果比较，并给出辨别信息（6）被测实体的仿真波形比较处理3 仿真要注意的地方（1）仿真信号可以由程序直接产生，也可以用TEXTIO文件产生后读入。
（2）仿真程序中可以简化实体描述，省略有关端口的描述。
仿真程序实体描述的简化形式为：ENTITY 测试平台名ISEND 测试平台名；（3）对于功能仿真结果的判断，可以用断言语句（ASSORT）描述。
（4）为了比较和分析电子系统的功能，寻求实现指标的最佳结构，往往利用一个测试平台对实体的不同结构进行仿真，一般是应用配置语句为同一被测实体选用多个结构体。
CONFIGURA TION 测试平台名OF 被测实体名ISFOR 被测实体的A的结构体名END FOR;END 测试平台名；同样，若选用结构体B，则配置语句可写为：CONFIGURA TION 测试平台名OF 被测实体名ISFOR 被测实体的B的结构体名END FOR;END 测试平台名；4 VHDL仿真程序结构测试平台仅仅是用于仿真，因此可以利用所有的行为描述语言进行描述，下表表示了一个测试平台所包含的部分，典型的测试平台将包括测试结果和错误报告结果。
Alamouti空时分组码的MATLAB仿真与FPGA实现
【 键词 】 空时分组码 ；Ｐ Ａ； 关 Ｆ Ｇ 仿真 【 中图分类号 】Ｔ ９９５ Ｎ ２．
【 文献标识码 】Ａ
Ａｌ ａｍｏ ｔ ｄ ｔ ＡＴＬＡＢ ｉ ｕ ｉＣｏ ｅ ｗｉｈ Ｍ Ｓ ｍｕｌ ｔｏ ｎｄ ＦＰＧＡ ｍｐｌｍｅ ｔ ｔｏ ａｉｎ ａ Ｉ ｅ ｎａ ｉｎ
ｓ ｇ ｅ ｕ ｒ ｍ ｅ ｔ． ｉｎ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ
【 ｅ ｏｄ】ｓａｅｔ ｅ ｌ ｋｃｄ ；Ｐ Ａ；ｍ ｌ ｉ Ｋ ｙｗ ｒｓ ｐｃ—ｉ ｏ ｏｅＦ Ｇ ｓ ｕ ｔ ｎ ｍ ｂｃ ｉ ａｏ
Ｍ ＭＯ系统可 以提高衰 落系统 中的信 道容 量和信 息 Ｉ
速率 ， 而空时编码设计是 Ｍ Ｍ Ｉ Ｏ系统 的一种实用的实现方
Ｗ Ｕ Ｊ ｎ， ｕ ＷＵ ａ ｂ ， Ｉ ａ Ｓ ｏ Ｘｉｏ ｏ Ｌ Ｕ Ｔｉｎ，ＵＮ Ｔａ
（ ｉ ｇ ｉ ｎ ｅ ｉ Ｓｉ ｃ ａｄＴｃｎｌ ｙＪ ｎｘ Ｇ ｎ ｏ １０ ，ｈ ａ Ｊ ｎｘ Ｕ ｉ ｒｔ ｏ ｃ ｎｅ ｎ ｅ ｏ ｇ ， ａｇｉ ａｚ ｕ ４０ ０ Ｃ ｉ ） ａ ｖ ｓｙ ｆ ｅ ｈ ｏ ｉ ｈ ３ ｎ
为 Ａａ ｏｔ码 的框 图。 ｌｍ ｕｉ
道衰落系数相 同， 接收端从天线 １ 和天线 ２收到的信号分
如图 １ 所示 ， 在每个符号周期 内天线 １ 和天线 ２上分 别用 ｒ 和 ｒ 表示 ， 。 则
投 网 ｔ： ｗ ． ｅＥ ａ 电 技 》 ６ 第１期 总 ９ 期 ７ 稿 址ｈｐ／ ｗ ｉｏ． 视 术 第３卷 ７ （ 第３ ） ３ ｔ／ Ｖ ｗ ｄ ｃｌ 《 ３
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用matlab来实现fpga功能的设计
用matlab来实现fpga功能的设计摘要：Sys te m Generator for DSP是Xilinx公司开发的基于Matlab的DSP 开发工具?熗?时也是一个基于FPGA的信号处理建模和设计工具。
文章介绍了在Matlab中使用System Generator for DSP实现FPGA硬件设计的方法，同时给出了一个应用实例。
关键词：Matlab；FPGA；System Generator；DSP近年来，在数字通信、网络、视频和图像处理领域，FPGA已经成为高性能数字信号处理系统的关键元件。
FPGA的逻辑结构不仅包括查找表、寄存器、多路复用器、存储器，而且还有快速加法器、乘法器和Ｉ／Ｏ处理专用电路。
FPGA具有实现高性能并行算法的能力，是构成高性能可定制数据通路处理器（数字滤波、FFT）的理想器件。
如Virtex-II Pro FPGA包含高性能的可编程架构、嵌入式PowerPC处理器和3.125G bps收发器等。
但是，FPGA在数字信号处理领域的广泛应用受限于几个因素。
首先，DSP开发人员不熟悉硬件设计，尤其是FPGA。
他们使用Matlab验证算法，运用Ｃ语言或汇编语言编程，通常不会使用硬件描述语言（ＶＨＤＬ或Ｖｅｒｉｌｏｇ）实现数字设计。
其次，虽然ＶＨＤＬ语言也提供了许多高层次的语言抽象，但是基于并行硬件系统的ＶＨＤＬ程序设计与基于微处理器的串行程序设计有很大的不同。
基于以上原因，Xilinx公司开发了基于Matlab的System Generator for DSP工具。
System Generator for DSP是Simulink中一个基于FPGA的信号处理建模和设计工具。
该工具可以将一个DSP系统表示为一个高度抽象的模块，并自动将系统映射为一个基于FPGA的硬件方案。
重要的是，该System Generator for DSP实现这些功能并没有降低硬件性能。
1、System Generator for DSP的特点simulink为DSP系统提供了强有力的高层次建模环境，可大量应用于算法开发和验证。
matlab和modelsim联合仿真(一)
基于VerilogHDL语言的FPGA设计课程作业学院：电子工程学院专业班级：集电11级3班姓名：朱潮勇学号：05116079作业题目：Matlab和modelsim联合仿真（一）完成日期：2013年11月20日一、设计要求 (2)二、规范说明 (2)三、顶层设计结构图 (2)四、模块详细设计 (3)1 功能说明 (3)2 端口定义 (3)3 设计激励代码 (3)4 matlab代码 (5)5 仿真结果 (6)五、结论和问题： (8)六、补充：..................................................................................................... 错误！未定义书签。
一、设计要求虽然Modelsim的功能非常强大，仿真的波形可以以多种形式进行显示，但是当涉及到数字信号处理的算法的仿真验证的时候，则显得有点不足。
而进行数字信号处理是Matlab 的强项，不但有大量的关于数字信号处理的函数，而且图形显示功能也很强大，所以在做数字信号处理算法的FPGA验证的时候借助Matlab会大大加快算法验证的速度。
关于matlab与modelsim联合仿真有两种，一是以matlab或者modelsim分别产生数据，保存为文本的形式在给modelsim或matlab来调用。
这是一种间接的联合仿真的方式。
二是用matlab的link for modelsim的功能，将两者联合。
后者的联合仿真功能更加强大。
此次实验将进行第一种联合仿真。
分为两个例子。
第一个例子说明如何用Matlab产生的数据用作Modelsim仿真。
第二个例子说明如何用modelsim产生数据用作matlab进行分析。
二、规范说明1. Matlab产生数据用作Modelsim仿真首先利用matlab产生一个周期256点8bit的正弦波数据，然后以16进制形式写入sin.txt文件，然后将产生的sin.txt文件复制到Modelsim的工程下，在Verilog文件中先定义一个8bit X 256数组，然后通过$readmemh命令，将文件中的数据读入2. Matlab对Modelsim仿真生成的数据进行分析Matlab对Modelsim仿真生成数据的处理也是通过文件读写实现的。
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FPGA器件与MATLAB接口仿真过
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FPGA器件的开发平台与MATLAB接口
仿真
引言
现场可编程逻辑门阵列FPGA器件的出现是超大规模集成电路技术和计算机辅助设计技术发展的结果。
FPGA器件集成度高、体积小，具有通过用户编程实现专门应用功能。
它允许电路设计者利用基于计算机的开发平台，经过设计输入、仿真、测试和校验，直到达到预期的结果。
目前使用最多的Quartus II 软件支持几乎所有的EDA工具，并且可以通过命令行或Tcl脚本与第三方EDA工具之间进行无缝连接。
但在很多工程设计应用中，由FPGA器件完成的主程序中只完成大量的数学运算，程序调试时以二进制输出的信号可视性差，给设计人员进行仿真、调试带来了很多不便。
对于很多工程设计人员来说MATLAB是一种熟悉的具有强大的运算功能和波形仿真、分析功能的软件，如果能将FPGA与MATLAB接口，就可以快速、准确、直观地对FPGA程序进行校验和仿真，尤其在波形信号处理等工程应用领域具有实际意义。
Quartus II 开发软件
Altera公司的QuartusII软件提供了可编程片上系统（SOPC）设计的一个综合开发环境。
Quartus II 开发工具人机界面友好、易于使用、性能优良，并自带编译、仿真功能。
QuartusII软件支持VHDL 和Verilog硬件描述语言的设计输入、基于图形的设计输入方式以及集成系统级设计工具。
QuartusII软件可以将设计、综合、布局和布线以及系统的验证全部都整合到一个无缝的环境之中，其中也包括和第三方EDA工具的接口。
QuartusII设计软件根据设计者需要提供了一个完整的多平台开发环境，它包含整个FPGA和CPLD设计阶段的解决方案。
图1说明了QuartusII软件的开发流程。
在实际应用设计中，对程序原理性及可执行性的验证主要集中在程序修改阶段，尤其在处理的数据复杂、繁多时，Quartus II自带的波形输入仿真就很难实现程序的验证，而且输出的数据不能方便的以波形图示直观的呈现，给程序设计者在校验程序阶段带来了很多的不便。
再有，在很多数字电路设计中，考虑成本的问题，FPGA 实现的往往是设计的核心部分，而很多的外围电路如A/D转换器、D/A转换器等仍然使用传统的接口芯片来实现。
而QuartusII 设计只是针对数字信号，并不支持模拟量的输入。
而仅仅为了便于程序的验证而用FPGA实现这些外围电路，不但会大大延长程序的开发周期，更会增大开发的成本。
而MATLAB具有强大的运算功能，可以容易的实现A/D、D/A转换等外围电路功能，并能以波形形式将结果直观地呈现，极大地方便了程序设计人员设计应用系统。
QuartusII与Matlab的接口实现
接口原理
VHDL程序从根本上讲就是将一些现有的数据进行处理，并输出预期的数据。
QuartusII 软件的波形文件（.vwf文件）可以根据设计人员的要求灵活输入。
但在大多数情况下需要仿真的波形数据数量庞大，这样的输入方式就明显不能满足仿真的要求了。
而上述提到的一些外围电路的作用也是将需要处理的数据输入到程序中，并将处理过的数据输出到指定的装置。
根据这一原理，用一个输入、输出寄存器就可以方便的实现与MATLAB之间的接口了。
QuartusII工具中提供了很多种类的寄存器宏模块，并能根据用户的要求进行编辑。
使用这些宏模块可以很容易地实现与MATLAB之间的接口。
下面就是几种RAM宏模块：
接口的实现
数据的输入
很多FPGA程序在仿真时，需要输入特定条件下的数值。
程序设计时，可以在输入端口前加一个预置的存储器，那么初始数据的输入就变成了该寄存器的初始化。
一般情况下，这些初始数据很容易用MATLAB软件经过计算实现。
QuartusII中提供了两种寄存器的初始文件格式，.mif文件和.hex文件。
由MATLAB生成的数据可以方便的根据指定路径加载到寄存器模块中。
数据的输出
数据输出和数据输入的原理是相同的。
将寄存器中的.mif文件
或.hex文件导出，并加载到MATLAB中相应的变量中，MATLAB 的波形仿真功能就可使设计人员方便直观地观察程序结果了，这样大大地方便了设计人员在设计早期对程序进行校验。
应用举例
这里以一个简单的FFT谐波分析过程的设计为例，说明如何在FPGA设计中灵活地应用MATLAB来完成设计的初步仿真和验证。
FPGA的快速运算虽然能更好的实现了FFT，但大多数FFT设计并不能预知处理对象的准确波形，而QuartusII更不能提供直观的结果观察。
为了验证设计的可行性，在设计时，在输入、输出端分别设置一个数据存储器，数据存入的时序可以根据设计的要求灵活控制，存储需要的数据。
需要注意的一点就是，对于大量数据的波形验证，存储器的加入会使设计的资源变大，初步验证时需使用比预计的容量大的器件。
在程序的初步验证之后，就可以在预定的器件中进行编译配置，然后进行进一步的调试。
程序设计
如图2所示，程序设计大致分为四个模块，主程序模块、输入存储器、输出存储器以及控制模块。
主程序模块是FFT的设计程序，来完成预期的数据处理，而输入、输出存储器则为与Matlab的接口程序，控制模块则控制数据的输入、输出，也即是接口模块的控制。
接口的设计
假设设计时的A/D接口采样频率为50kHz，即一个周期内的采样点数为1000点。
在MATLAB中可以很容易的实现公式(1)所示的信号的A/D采样。
根据采样要求，就可以确定输入存储器的容量为12 1000bit。
将MATLAB中生成的目标向量以相应的二进制表示，并导入到该输入存储器中，就完成了输入存储器的初始化。
所得的结果输出原理亦同，在MATLAB中建立大小相当的向量，将输出存储器中的数据导入到该向量就可以直观的形式观察输出的结果。
那么设计中的关键问题主要就集中在了控制模块的设计。
该模块的时序必须与外围电路时序、主程序中的时序相匹配，以达到逼真模拟真实A/D等外围电路的作用。
结果仿真
任意取两个不同的输入信号如下：
按照上述的程序设计流程，可以由FPGA快速计算得到任意波形的FFT处理结果，并以直观的结果方便程序设计人员的初步程序调试。
结论
FPGA器件的最大的优势就是具有更快的速度、更灵活的控制方式及现场可编程功能，但处理对象只限于数字信号，因而给程序的初期调试带来了不便。
而MATLAB具有强大的计算功能，尤其便于实现数字信号与模拟信号之间的灵活转换，并将结果直观呈现。
仿真结果证明，将两种设计软件结合使用，可以大大地方便工程设计人员进行初期修正。