基于FPGA的数字复接器的设计与实现
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摘要
本课题是武汉大学国防研究院与中国空间技术研究院合作项目“成像地检设备的研制与设计”的一部分。该设备接受CCD相机的88路10bit／10MHz的图像数据并进行存储和滚动实时显示，控制CCD相机的调焦、定标及级数，使CCD相机与设备协同工作，实现对目标的成像。本课题属于是该系统的前端处理部分，它的主要功能是接受来自CCD相机的88路10bit／10M的视频信号，对其中的每四路信号进行合成，得到一路10bit／40M的视频信号，然后将合成后的22路信号输出给后端处理单元。
本文主要讨论了现阶段数字复接的一些相关理论，本设计的具体特点，以及如何通过FPGA对该系统进行实现。主要包括的相关内容有：信号的预处理与后续处理，信号同步，数字复接，以及系统合成等内容。
主要的开发平台是Xilinx的ISE5.2开发环境，并辅之于第三方的仿真综合软件。仿真采用的是Model Sim5.5d，综合采用的是Synplify pro 7.1。
This subject is a part of "Imaging Inspection for Ground System "which belongs to one project of Wuhan University National Defence Academe cooperating with China Space Technology Academe. The whole system receive 88 channels image data of 10bit/10MHz come from CCD, save and display it at the same time. This subject is the pre-processing part of the whole system, it receives 88 channels image data of 10bit/10MHz come from CCD and composes four branches signal into one channel signal that is image data of 10bit/40MHz.
This paper mainly discusses some theory about digital multiplexer, the paper's difference with other multiplexer, and how to implement the design using the FPGA. The content mostly refers to signal pre-processing and post-processing, signal synchronization, digital multiplexer, and system integration.
The paper develops it in the Xilinx ISE 5.2 environment, and the assistant tool is used to simulation and synthesis, which is Model Sim5.5d for simulation and Synplify pro 7.1 for synthesis.
本文主要讨论了现阶段数字复接的一些相关理论，本设计的具体特点，以及如何通过FPGA对该系统进行实现。主要包括的相关内容有：信号的预处理与后续处理，信号同步，数字复接，以及系统合成等内容。
主要的开发平台是Xilinx的ISE5.2开发环境，并辅之于第三方的仿真综合软件。仿真采用的是Model Sim5.5d，综合采用的是Synplify pro 7.1。
This subject is a part of "Imaging Inspection for Ground System "which belongs to one project of Wuhan University National Defence Academe cooperating with China Space Technology Academe. The whole system receive 88 channels image data of 10bit/10MHz come from CCD, save and display it at the same time. This subject is the pre-processing part of the whole system, it receives 88 channels image data of 10bit/10MHz come from CCD and composes four branches signal into one channel signal that is image data of 10bit/40MHz.
This paper mainly discusses some theory about digital multiplexer, the paper's difference with other multiplexer, and how to implement the design using the FPGA. The content mostly refers to signal pre-processing and post-processing, signal synchronization, digital multiplexer, and system integration.
The paper develops it in the Xilinx ISE 5.2 environment, and the assistant tool is used to simulation and synthesis, which is Model Sim5.5d for simulation and Synplify pro 7.1 for synthesis.
引文
(1) 成像地检设备方案设计报告。武汉大学国防科技研究院，2003。
(2) 孙玉编著。数字复接技术。北京：人民邮电出版社，1983
(3) 林建中，王缨，郭世满等编著。数字传输技术基础。北京：北京邮电大学出版社，2003
(4) 桑林，郝建军，刘丹谱等编著。数字通信。北京：北京邮电大学出版社，2002
(5) 樊昌信，徐炳祥，吴成柯等编著。通信原理。北京：国防工业出版社，2001
(6) 王毓银等编著。脉冲与数字电路(第二版)。高等教育出版社，1994。
(7) 张明编著。Verilog HDL实用教程。电子工业出版社，1999。
(8) 王金明，杨吉斌等编著。数字系统的设计与Verilog HDL。北京：电子工业出版社，2002
(9) 杜建国编著。Verilog HDL硬件描述语言。北京：国防工业出版社，2004。
(10) 王诚，薛小刚，钟信潮等编著。FPGA／CPLD设计工具Xilinx5．x使用详解。人民邮电出版社，2003
(11) 常小明等编著。Verilog HDL实践与应用系统设计。北京航空航天大学出版社，2003
(12) 夏宇闻等编著。从算法设计到硬线逻辑的实现——复杂数字逻辑系统的Verilog HDL设计技术和方法。高等教育出版社，2001。
(13) 夏宇闻等编著。从算法设计到硬线逻辑的实现——实验练习与Verilog语法手册。高等教育出版社，2001。
(14) 徐志军，徐光辉等编著。CPLD／FPGA的开发与应用。电子工业出版社，2002
(15) 任晓东，文博等编著。CPLD／FPGA高级应用开发指南。电子工业出版社，2003．6。
(16) 胡振华编著。VHDL与FPGA设计。中国铁道出版社，2003。
(17) Uwe Meyer—Baese著。刘凌，胡永生译。数字信号处理的FPGA实现。清华大学出版社。2003。
(18) 马志刚。基于FPGA的数字下变频—DDC的数字系统设计。武汉大学硕士论文，2003
(19) 张喜山。用FPGA实现数字复接。电子科技大学硕士论文，2001。
(20) 范丽珍。数字复接器的FPGA设计与实现。电子科技大学硕士论文，2002。
(21) 龚克宇。数字电视系统前段技术研究与开发。电子科技大学硕士论文，2002。
(22) 吴玉成，许太火，王黎明。帧同步电路的设计。《现代电子技术》，2003年第4期。
(23) 郭志川，黄心汉。FPGA在光纤传输系统中的应用。《河北科技大学学报》，2001年第4期。
(24) 习建华，龚建荣。用FPGA实现二次群复接器。《数字通信》，1999年第3期。
(25) 郝建强。八路异步数据统计复接设计。《电讯技术》2000年第6期。
(26) 王建军。用FPGA技术实现数字通信中的扰码与解扰。《电子技术应用》．1998．5。
(27) National Semiconductor, LVDS fvner's Manual:A General Design Guide Col National's Low Voltage Differential Signaling (LVDS) and Bus LVDS Product。
(28) CCITT: Period 1981-1984 COMXV Ⅲ -No; China: A simple 2048/34368kbit/s Digital Multiplex.
(29) Xilinx公司。用Spartan ~(TM)-Ⅱ实现Reed-Solomon编码／译码方案。电子产品世界：设计新苑。2000．6。
(30) Samir Palnitkar. Verilog HDL: A Guide to Digital Design and Synthesis. Second Edition. SunSoft Press A Prentice Hall Title. 2003
(31) Janick Bergeron. Writing Testbenches: Functional Verification of HDL Model. The Netherlands: Kluwer Academic Publishers,2000
(32) Jorgen Staustrup and Wayne Wolf.Hardware/Software Co-Design: Principles and Practice. The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1997
(33) The Programmable Logic DATA BOOK. Xilinx Incorporation San Jose USA,1999
(34) Xilinx公司主页 http://www.xilinx.com
(35) Model Technology公司主页 http://www.model.com
(36) Synplicity公司主页 http://www.synplicity.com
(37) 可编程逻辑器件主页 http://www.fpga.com.cn
(38) Xilinx.Inc. Xilinx5 Software Manuals. 2002
(39) Xilinx Logicore. Asynchronous FIFO v5.5. Product Specification.2002.11
(2) 孙玉编著。数字复接技术。北京：人民邮电出版社，1983
(3) 林建中，王缨，郭世满等编著。数字传输技术基础。北京：北京邮电大学出版社，2003
(4) 桑林，郝建军，刘丹谱等编著。数字通信。北京：北京邮电大学出版社，2002
(5) 樊昌信，徐炳祥，吴成柯等编著。通信原理。北京：国防工业出版社，2001
(6) 王毓银等编著。脉冲与数字电路(第二版)。高等教育出版社，1994。
(7) 张明编著。Verilog HDL实用教程。电子工业出版社，1999。
(8) 王金明，杨吉斌等编著。数字系统的设计与Verilog HDL。北京：电子工业出版社，2002
(9) 杜建国编著。Verilog HDL硬件描述语言。北京：国防工业出版社，2004。
(10) 王诚，薛小刚，钟信潮等编著。FPGA／CPLD设计工具Xilinx5．x使用详解。人民邮电出版社，2003
(11) 常小明等编著。Verilog HDL实践与应用系统设计。北京航空航天大学出版社，2003
(12) 夏宇闻等编著。从算法设计到硬线逻辑的实现——复杂数字逻辑系统的Verilog HDL设计技术和方法。高等教育出版社，2001。
(13) 夏宇闻等编著。从算法设计到硬线逻辑的实现——实验练习与Verilog语法手册。高等教育出版社，2001。
(14) 徐志军，徐光辉等编著。CPLD／FPGA的开发与应用。电子工业出版社，2002
(15) 任晓东，文博等编著。CPLD／FPGA高级应用开发指南。电子工业出版社，2003．6。
(16) 胡振华编著。VHDL与FPGA设计。中国铁道出版社，2003。
(17) Uwe Meyer—Baese著。刘凌，胡永生译。数字信号处理的FPGA实现。清华大学出版社。2003。
(18) 马志刚。基于FPGA的数字下变频—DDC的数字系统设计。武汉大学硕士论文，2003
(19) 张喜山。用FPGA实现数字复接。电子科技大学硕士论文，2001。
(20) 范丽珍。数字复接器的FPGA设计与实现。电子科技大学硕士论文，2002。
(21) 龚克宇。数字电视系统前段技术研究与开发。电子科技大学硕士论文，2002。
(22) 吴玉成，许太火，王黎明。帧同步电路的设计。《现代电子技术》，2003年第4期。
(23) 郭志川，黄心汉。FPGA在光纤传输系统中的应用。《河北科技大学学报》，2001年第4期。
(24) 习建华，龚建荣。用FPGA实现二次群复接器。《数字通信》，1999年第3期。
(25) 郝建强。八路异步数据统计复接设计。《电讯技术》2000年第6期。
(26) 王建军。用FPGA技术实现数字通信中的扰码与解扰。《电子技术应用》．1998．5。
(27) National Semiconductor, LVDS fvner's Manual:A General Design Guide Col National's Low Voltage Differential Signaling (LVDS) and Bus LVDS Product。
(28) CCITT: Period 1981-1984 COMXV Ⅲ -No; China: A simple 2048/34368kbit/s Digital Multiplex.
(29) Xilinx公司。用Spartan ~(TM)-Ⅱ实现Reed-Solomon编码／译码方案。电子产品世界：设计新苑。2000．6。
(30) Samir Palnitkar. Verilog HDL: A Guide to Digital Design and Synthesis. Second Edition. SunSoft Press A Prentice Hall Title. 2003
(31) Janick Bergeron. Writing Testbenches: Functional Verification of HDL Model. The Netherlands: Kluwer Academic Publishers,2000
(32) Jorgen Staustrup and Wayne Wolf.Hardware/Software Co-Design: Principles and Practice. The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1997
(33) The Programmable Logic DATA BOOK. Xilinx Incorporation San Jose USA,1999
(34) Xilinx公司主页 http://www.xilinx.com
(35) Model Technology公司主页 http://www.model.com
(36) Synplicity公司主页 http://www.synplicity.com
(37) 可编程逻辑器件主页 http://www.fpga.com.cn
(38) Xilinx.Inc. Xilinx5 Software Manuals. 2002
(39) Xilinx Logicore. Asynchronous FIFO v5.5. Product Specification.2002.11