FPGA重要设计思想及工程应用之模块化设计
《基于FPGA的运动目标检测系统设计》范文
《基于FPGA的运动目标检测系统设计》篇一一、引言随着计算机视觉技术的快速发展，运动目标检测在众多领域中扮演着越来越重要的角色。
为了满足实时性和准确性的需求，基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的运动目标检测系统设计成为了研究的热点。
本文将详细介绍基于FPGA的运动目标检测系统的设计思路、实现方法和实验结果。
二、系统设计需求分析运动目标检测系统的设计需求主要包括实时性、准确性和可扩展性。
实时性要求系统能够在短时间内完成图像处理，以便于实时监控和反应；准确性要求系统能够准确地检测出运动目标，减少误检和漏检；可扩展性则要求系统具有良好的硬件架构，以便于后续的升级和维护。
三、系统设计架构基于FPGA的运动目标检测系统设计采用模块化设计思想，主要包括图像采集模块、预处理模块、特征提取模块、目标检测模块和输出模块。
其中，FPGA作为核心处理器，负责各模块之间的协调和数据处理。
1. 图像采集模块：负责从摄像头等设备中获取原始图像数据。
2. 预处理模块：对原始图像数据进行去噪、灰度化等处理，以便于后续的特征提取和目标检测。
3. 特征提取模块：提取图像中的特征，如边缘、纹理、颜色等，以便于目标检测。
4. 目标检测模块：采用适当的算法（如背景减除、光流法等）对图像中的运动目标进行检测。
5. 输出模块：将检测结果以图像或视频的形式输出。
四、关键技术及实现方法1. 图像预处理：采用滤波算法对原始图像进行去噪处理，以提高后续处理的准确性。
同时，将彩色图像转换为灰度图像，以减少数据量和处理复杂度。
2. 特征提取：采用Sobel算子、Canny算子等边缘检测算法提取图像中的特征。
此外，还可以采用深度学习等技术进行特征学习，提高特征提取的准确性和鲁棒性。
3. 运动目标检测：采用背景减除法、光流法等算法对图像中的运动目标进行检测。
其中，背景减除法适用于静态背景下的运动目标检测，而光流法则适用于动态场景下的运动目标检测。
systemverilog 可综合 语法
systemverilog 可综合语法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述SystemVerilog是一种硬件描述语言，其可综合语法用于描述硬件设计的行为和结构。
可综合语法是指在编写SystemVerilog代码时，能够被综合工具翻译成底层硬件电路，并最终映射到FPGA或ASIC等可编程器件上的语法规则和风格。
因此，可综合语法在硬件设计中起着至关重要的作用。
在硬件设计中，可综合语法使设计工程师能够通过代码描述硬件的功能和结构，包括处理器、逻辑电路、存储器等。
通过使用可综合语法，设计工程师可以更加灵活地实现各种功能和性能要求，同时也能提高设计的可维护性和可重用性。
SystemVerilog的可综合语法特点是其结构化的设计风格，丰富的数据类型和内置的高级语言功能。
与传统的硬件描述语言相比，SystemVerilog提供了更多的抽象层次和编程特性，可以更高效地完成复杂的硬件设计任务。
例如，SystemVerilog支持面向对象的设计方法，可以使用类和对象对设计进行建模和封装。
此外，SystemVerilog还提供了多种数据类型和运算符，使设计工程师可以更方便地处理各种数据和信号。
综上所述，可综合语法在SystemVerilog中具有重要的地位和作用。
通过使用可综合语法，设计工程师能够更加方便地描述和实现各种硬件功能，提高设计的效率和可靠性。
在今后的硬件设计中，可综合语法的应用将更加广泛，并且不断发展和完善，以满足不断变化的设计需求。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构的目的是为了给读者提供清晰的导航和理解文章的逻辑框架。
通过合理的结构，读者可以更好地理解文章的目的和内容，并能够有序地阅读和理解整个文档。
本文的结构如下：第一部分是引言部分，用于介绍文章的背景和相关信息。
在引言部分，我们将概述SystemVerilog可综合语法的定义和作用，并介绍本文的结构和目的。
第二部分是正文部分，主要内容是关于SystemVerilog可综合语法的定义和特点。
FPGA乒乓操作及串并转换设计篇
FPGA/CPLD重要设计思想及工程应用乒乓操作及串并转换设计篇概述“乒乓操作”是一个常常应用于数据流控制的处理技巧，典型的乒乓操作方法如下图所示。
乒乓操作的处理流程输入数据流通过“输入数据选择单元”将数据流等时分配到两个数据缓冲区，数据缓冲模块可以为任何存储模块，比较常用的存储单元为双口RAM(DPRAM) 、单口RAM(SPRAM) 、FIFO等。
在第一个缓冲周期，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块1”。
在第2 个缓冲周期，通过“输入数据选择单元”的切换，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块2”，同时将“数据缓冲模块1”缓存的第1 个周期数据通过“输出数据选择单元”的选择，送到“数据流运算处理模块”进行运算处理。
在第3 个缓冲周期通过“输入数据选择单元”的再次切换，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块1”，同时将“数据缓冲模块2”缓存的第2 个周期的数据通过“输出数据选择单元”切换，送到“数据流运算处理模块”进行运算处理。
如此循环。
利用乒乓操作完成数据的无缝缓冲与处理乒乓操作可以通过“输入数据选择单元”和“输出数据选择单元”按节拍、相互配合的切换，将经过缓冲的数据流没有停顿地送到“数据流运算处理模块”进行运算与处理。
把乒乓操作模块当做一个整体，站在这个模块的两端看数据，输入数据流和输出数据流都是连续不断的，没有任何停顿，因此非常适合对数据流进行流水线式处理。
所以乒乓操作常常应用于流水线设计中，完成数据的无缝缓冲与处理。
串并转换串并转换是FPGA 设计的一个重要技巧，它是高速数据流处理的常用手段，串并转换的实现方法多种多样，根据数据的排序和数量的要求，可以选用寄存器、双口RAM(DPRAM) 、单口RAM(SPRAM) 、FIFO 等实现。
若想数据的缓冲区开得很大，可以通过DPRAM 实现了数据流的串并转换，对于数量比较小的设计可以采用寄存器完成串并转换。
如无特殊需求，系统中应该用同步时序设计完成串并之间的转换。
fpga现代数字系统设计教程——基于xilinx可编程逻辑
fpga现代数字系统设计教程——基于xilinx可编程逻辑1. 引言1.1 概述:在当今数字系统设计领域，快速、高效的设计流程和可靠的硬件实现是至关重要的。
而可编程逻辑器件（FPGA）作为一种灵活且可重构的芯片，正逐渐成为数字系统设计中的主流选择。
本教程将介绍如何利用Xilinx可编程逻辑来进行现代化数字系统设计。
1.2 文章结构:本文将按照以下方式组织内容：第二部分将对FPGA进行概述，包括可编程逻辑器件简介以及Xilinx FPGA的介绍。
此外，我们还将探讨FPGA在数字系统设计中的各种应用。
第三部分将回顾一些基本原理，并提供如何搭建开发环境的指南。
其中包括对数字电路基础知识的回顾、VHDL语言简介和基础语法，以及Xilinx Vivado工具的安装与配置方法。
第四部分将详细介绍FPGA设计流程与实践技巧。
我们会讲解项目创建与工程管理方法，并探讨如何实现模块化设计和代码重用性提高的技巧。
另外，还会介绍仿真与验证技术在FPGA设计过程中的应用。
第五部分则涵盖了一些高级主题与应用案例分析。
我们将重点讨论并行计算与加速器设计、数据通信与嵌入式系统设计以及高精度数据处理系统设计等领域的案例分析，并提供相应的实践指导。
1.3 目的:本教程通过详细讲解FPGA现代数字系统设计的流程和技巧，旨在帮助读者全面了解FPGA在数字系统设计中的应用，并提供实用的指导和建议。
通过学习本教程，读者能够掌握从开发环境搭建到高级应用案例分析所需的知识和技能，为他们日后在数字系统设计领域取得成功打下坚实基础。
无论是初学者还是有经验的工程师，都能从本教程中获益，并将其应用于自己的项目中。
2. FPGA概述:2.1 可编程逻辑器件简介:可编程逻辑器件（FPGA）是一种基于可重新配置数字电路的集成电路芯片，它可以实现用户定义的数字逻辑功能。
与传统的定制集成电路（ASIC）相比，FPGA 具有灵活性强、开发周期短和可重构性等优势。
(完整版)FPGA课程设计(最终版)
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 电子琴的设计课程设计目的：《FPGA原理与应用》课程设计的目的是为了让学生熟悉基于VHDL语言进行FPGA开发的全流程，并且利用FPGA设计进行专业课程理论知识的再现，让学生体会EDA技术的强大功能，为今后使用FPGA进行电子设计奠定基础。
课程设计内容和要求设计内容：（1）设计一个八音电子琴。
（2）由键盘输入控制音响，同时可自动演奏乐曲。
（3）用户可以将自己编制的乐曲存入电子琴，演奏时可选择键盘输入乐曲或者已存入的乐曲。
要求每个学生单独完成课程设计内容，并写出课程设计说明书、说明书应该包括所涉及到的理论部分和充足的实验结果，给出程序清单，最后通过课程设计答辩。
时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)Abstract (2)1设计意义和要求 (3)1.1设计意义 (3)1.2功能要求 (3)2方案论证及原理分析 (4)2.1实现方案比较 (4)2.2乐曲实现原理 (4)2.3系统组成及工作原理 (6)3系统模块设计 (8)3.1顶层模块的设计 (8)3.2乐曲自动演奏模块的设计 (8)3.3音阶发生器模块的设计 (9)3.4数控分频器模块的设计 (9)4程序设计 (11)4.1VHDL设计语言和ISE环境简介 (11)4.2顶层模块的程序设计 (12)4.3乐曲自动演奏模块的程序设计 (13)4.4音阶发生器模块的程序设计 (13)4.5数控分频模块的程序设计 (14)5设计的仿真与实现 (15)5.1乐曲自动演奏模块仿真 (15)5.2音调发生模块仿真 (18)5.3数控分频模块仿真 (19)5.4电子琴系统的仿真 (20)5.5设计的实现 (22)5.6查看RTL视图 (23)5.7查看综合报告 (25)6心得体会 (31)7参考文献 (32)8附录 (33)摘要随着基于FPGA的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，EDA技术在电子信息、通信、自动控制用计算机等领域的重要性日益突出。
FPGA在工业控制领域中的应用
FPGA 在工业控制领域中的应用学院：工学院专业：自动化姓名：白曙睿FPGA 在工业控制领域中的应用摘要：本文主要介绍现场可编程门阵列（FPGA）技术及其在工业控制领域的贡献。
首先介绍FPGA 在各个领域的一些有意义的应用。
随后介绍相应的设计工具及装置功能。
以下两个例子说明在复杂控制应用的情况下使用FPGA 的好处：一是通过处理一个基于扩展卡尔曼滤波的无传感器电动机控制器，这种专用的设计方法使其得到进一步发展；其二是神经网络系统。
一些案例研究的结果显示研究人员对于 FPGA 在这一领域充满兴趣。
关键词现场可编程门阵列，工业控制应用程序，系统芯片，设计工具，设计方法，无传感器电机控制器，扩展卡尔曼滤波，神经网络系统Ⅰ介绍现如今，为了保证市场的生产差异，新的工业控制系统需要具备高性能，高灵活度，高可靠性。
与此同时，成本是一个关键问题。
为了解决这个问题，必须缩短上市时间，降低控制器设备的价格以及减少控制系统的能源消耗。
然而，降低成本更具有挑战性，因为新的工业控制系统必须基于日益复杂的控制算法，这就需要大量的计算资源，并且减少执行时间。
为了应对这些挑战，设计人员可以依靠越来越成熟的数字电子技术，以及友好的软件开发工具。
为了实现高效的实时工业控制，设计人员需要在两个主要的数字设备技术系列中作出选择:第一个系列是基于纯软件平台。
相关的设备是微控制器和数字信号处理控制器（DSP控制器）。
这些部件集成了一个执行微处理器的核心和实时目标控制系统来进行工业环境通信所必需的若干外设。
微控制器[1]和DSP 控制器[2]之间的不同在于，对于一个给定的硅表面，处理单元和通信以及外设之间的比例。
微控制器包括一个通用16 位或32 位的精简指令集计算机(RISC)和多种外设，而 DSP 控制器集成了一个高性能处理器内核，基于硬件加速器的计算模块(乘法和累加逻辑运算单元MAC ALU)和一些外围设备。
然而，这两个概念之间的界限正在消失，因为微控制器的RISC 单元越来越强大，外设的数量和种类越来越多。
fpga课程设计课题
fpga课程设计课题一、教学目标本课程旨在通过学习FPGA的基本概念、原理和应用，使学生掌握FPGA技术的基本知识和技能，能够运用FPGA设计简单的数字系统，培养学生的创新能力和实践能力。
具体目标如下：知识目标：使学生了解FPGA的基本概念、工作原理和应用领域；掌握FPGA设计的基本流程和方法；掌握VHDL或Verilog硬件描述语言的基本用法。
技能目标：培养学生能够使用FPGA开发工具进行数字系统的设计、仿真和验证；培养学生能够独立完成FPGA硬件电路的搭建和调试。
情感态度价值观目标：培养学生对新技术的敏感性和好奇心，培养学生的创新意识和团队合作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括FPGA的基本概念、FPGA的设计流程、VHDL和Verilog硬件描述语言、FPGA的应用实例等。
具体安排如下：第1-2课时：FPGA的基本概念和原理。
介绍FPGA的定义、结构、工作原理和应用领域。
第3-4课时：FPGA的设计流程。
介绍FPGA设计的基本流程，包括需求分析、逻辑设计、硬件描述语言编写、仿真验证、综合布局和布线、下载配置等。
第5-6课时：VHDL和Verilog硬件描述语言。
介绍VHDL和Verilog的基本语法、数据类型、逻辑电路描述、模块化和层次化设计方法等。
第7-8课时：FPGA的应用实例。
介绍FPGA在数字系统设计中的应用实例，如数字信号处理器、数字逻辑电路、数字通信系统等。
三、教学方法本课程采用讲授法、案例分析法、实验法等多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
讲授法：通过讲解FPGA的基本概念、原理和应用，使学生掌握FPGA技术的基本知识和技能。
案例分析法：通过分析具体的FPGA应用实例，使学生了解FPGA技术在实际工程中的应用和价值。
实验法：通过动手实践，使学生掌握FPGA设计的基本流程和方法，培养学生的创新能力和实践能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、实验设备、多媒体资料等。
FPGA的一些设计方法
FPGA的一些设计方法1 FPGA设计中的同步设计在FPGA的内部资源里最重要的一部分就是其时钟资源（全局时钟网络），它一般是经过FPGA的特定全局时钟管脚进入FPGA内部，后经过全局时钟BUF适配到全局时钟网络的，这样的时钟网络可以保证相同的时钟沿到达芯片内部每一个触发器的延迟时间差异是可以忽略不计的。
在FPGA中上述的全局时钟网络被称为时钟树，无论是专业的第三方工具还是器件厂商提供的布局布线器在延时参数提取、分析的时候都是依据全局时钟网络作为计算的基准的。
如果一个设计没有使用时钟树提供的时钟，那么这些设计工具有的会拒绝做延时分析有的延时数据将是不可靠的。
在我们日常的设计中很多情形下会用到需要分频的情形，好多人的做法是先用高频时钟计数，然后使用计数器的某一位输出作为工作时钟进行其他的逻辑设计。
其实这样的方法是不规范的。
2 FPGA设计中的延时电路的产生：在日常的电路设计中，有时候我们需要对信号进行延时处理来适应对外接口的时序关系，最经常也是最典型的情况是做处理机的接口；因为与处理的接口时序关系是异步的，而一个规范的FPGA设计应该是尽可能采用同步设计。
那么遇到这种情况该如何处理呢？首先在FPGA中要产生延时，信号必须经过一定的物理资源。
在硬件描述语言中有关键词Wait for xx ns，需要说明的是该语法是仅仅用于仿真而不能用于综合的，可综合的延时方法有：使信号经过逻辑门得到延时（如非门）；使用器件提供的延时单元（如Altera公司的LCELL，Xilinx公司的）；注意：当使用多级非门的时候综合器往往会将其优化掉，因为综合器会认为一个信号非两次还是它。
需要说明的是在FPGA/CPLD内部结构是一种标准的宏单元，下图是Xilinx公司的Spartans II系列器件的一个标准宏单元。
虽然不同的厂家的芯片宏单元的结构不同，但概括而言都是由一些组合逻辑外加一或二个触发器而构成。
在实际应用中，当一个模块内的组合逻辑被使用了那么与其对应的触发器也就不能用了；同样如果触发器单元被用了那么组合逻辑单元也就废了。
基于FPGA的设计 正文
引言随着经济和科学技术的发展，电梯在高层建筑物的作用越来越凸出。
目前电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，而电梯的控制系统主要有三种控制方式分别是：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、基于FPGA控制系统、微机控制系统。
实现继电路控制系统方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。
但是这些方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难,且该系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，已渐渐被人民淘汰。
微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷，没能广泛应用电梯中。
而基于FPGA的电梯控制系统由于可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。
本文给出一个基于FPGA的6层自动升降电梯控制系统的设计方案。
它的设计是采用通俗易懂的Verilog HDL硬件描述语言使用EDA技术在Quartus II软件平台上设计完成，程序设计、编译以及时序仿真通过后再下载到开发板配合外围电路（模拟电梯的电路）来验证该系统的可行性。
这个系统分主要有6个模块，分别是键盘响应寄存处理模块、上升/下降请求寄存处理模块、电梯运行和停止处理模块、开门/关门与延时处理模块、电梯运行方向判断模块和电梯运行状态显示模块。
通过模块化设计不仅提高了程序编程错误的排查能力还提高了系统的可靠性。
1 概论1.1 电梯国内外现状1.1.1国内现状电梯作为中国对外最早的行业经过多年的发展，电梯产品无论在数量和质量都有了显著的提高，和国外产品差距越来越小。
考虑到经济性，现有国内的电梯控制系统，通常采用微机或可编程逻辑控制器对变频器进行多段速控制。
vivado 开发systemverilog步骤
一、引言在现代数字电子领域，Vivado是一种流行的集成开发环境，用于FPGA设计和综合。
SystemVerilog是一种基于Verilog的硬件描述语言，它增加了一些高级特性以支持更复杂的硬件设计。
本文将探讨在Vivado中使用SystemVerilog进行开发的步骤，以帮助读者更好地理解和掌握这一技术。
二、准备工作在开始使用Vivado和SystemVerilog进行开发之前，首先需要安装Vivado并配置好开发环境。
确保你已经安装了合适的Vivado版本，并且能够正确连接到你的FPGA开发板。
另外，也需要一定的SystemVerilog编程基础，包括对模块化设计、数据类型和并发控制等概念的理解。
三、创建工程在Vivado中创建一个新的工程，选择你的FPGA型号并确定工程保存的位置。
在创建工程的过程中，你需要设置好工程的基本信息，包括名称、版本和描述等。
在工程创建完成后，Vivado会自动生成一些默认的文件和目录结构，用于存放你的设计文件和约束文件等。
四、编写SystemVerilog代码接下来，你需要编写SystemVerilog代码来描述你的硬件设计。
可以使用Vivado内置的文本编辑器或者外部编辑器来编写代码文件，然后将代码文件添加到你的工程中。
在编写代码时，要注意遵循SystemVerilog的语法规范，并且使用模块化的设计思想来构建你的硬件模块。
五、综合和实现完成SystemVerilog代码编写后，你需要进行综合和实现操作，将代码映射到FPGA上。
在Vivado中，可以通过执行综合和实现的工具链来完成这一过程。
综合操作将把你的代码转换成逻辑门级的表示形式，而实现操作则将逻辑门映射到FPGA的逻辑资源上。
六、仿真和调试在综合和实现完成后，你可以进行仿真和调试来验证你的设计的功能和性能。
Vivado提供了强大的仿真工具，可以方便地对你的设计进行测算和调试。
通过仿真和调试，你可以发现并解决设计中的问题，保证最终的硬件设计能够正确地工作。