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FPGA论文：基于FPGA的高速低误码率传输系统的设计与实现

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FPGA论文：基于FPGA的高速低误码率传输系统的设计与实现

【中文摘要】随着现代科技的发展,雷达、导航、通信和电子对抗等系统所产生的数据量呈几何级数增长,对传输系统的高效性和稳定性提出了更高的要求。然而,传统的数据传输系统因其系统架构和传输协议受限,难以满足不断增大的数据规模发展需求。因此,研究一种高效、稳定的新型传输系统具有重要的现实意义。本系统以FPGA为处理器,完成了传输系统中PCI Express传输模块和光纤通信模块的设计与实现,具体研究工作如下:一、通过分析系统需求和技术指标,提出并完善了系统整体设计流程,构建了系统整体框架。二、针对设计指标,设计并完成了系统的硬件部分,并对各个模块进行了具体设计,给出了系统PCB的优化设计方法。三、设计并完成了系统软件部分的时钟模块、Aurora接收、发送模块,并进行了仿真测试。四、针对所设计软硬件系统,搭建了测试环境。对基本功能进行了测试;就整体系统的速率及误码率进行了测试仿真;应用hyperlynx软件对输入信号进行眼图分析,从硬件上保证了信号传输达到最佳状态,达到降低误码率的。测试结果表明,系统设计实现了设计指标,完成了设计要求。

【英文摘要】With the fast development of science technology,

the data produced by huge electronic system such as radar,

navigation, communication and electrical antagonism,

increases in exponential way, which puts forward higher

requirements for efficiency and stability of the transmission

system. However, due to the limitatin of structure and

transmission protocol, traditional data transmission system

can not satisfy the practical requirement. It is of great

significance to develop a kind of transmission system.With high

efficiency and stability.This paper does a deep research on the

design and realization of fast fiber communication system based

on PCI Express protocol with use of FPGA, which has a great

significance for developing efficient and stable transmission

systems. The work of this paper are described as follow:Firstly,

system reqiurement technology target is analyzed, the

designing flow of the whole, mature system is brought forward

and the system framework is built.Secondly, the hardware design

of the system is completed, the design of each module is

discussed, and PCB design is optimized.Thirdly, based on the

platform of FPGA, the clock module, receiving module and

transmission module based on Aurora are designed and simulated.

For the purpose to satisfy the practical requirement .the data

transmission based on hamming code and Aurora protccol is put

forward, which highly improves error-checking and

error-correcting ability of the transmission system.In the end,

according to the software and hardware design of the system,

testing environment is built and testing method is given. The

influence of the key devices in the designing is simulated; the

test method for speed and error rate of the whole system is

brought forward; low error rate is verdicted form the eye

pattern of the input signals . Testing results show that, the

system satisfies the technology target and realize the designed

requirment.

【关键词】FPGA PCI Express Aurora协议

【英文关键词】FPGA PCI Express Aurora

protocol

【目录】基于FPGA的高速低误码率传输系统的设计与实现摘要10-11ABSTRACT11第一章 绪论12-171.1 研究背景和意义12-131.2 国内外研究现状13-161.2.1

高速串行接口简介及研究现状13-151.2.2 低误码率技术简介及研究现状15-161.3 文章 结构16-17第二章 系统总体设计17-332.1 系统需求分析17-182.1.1 系统设计指标172.1.2 系统需求分析17-182.2 系统总体架构设计18-192.3 相关技术分析19-282.3.1 PCI

Express技术分析19-222.3.2 Aurora协议分析22-282.4 高速串行传输中误码产生原因分析28-322.4.1 误码产生的原因28-292.4.2 时钟抖动

与传输误码关系29-312.4.3 降低时钟抖动的方法31-322.5 本章 小结32-33第三章 硬件设计33-493.1 光纤传输模块设计33-363.1.1 模块选型及设计33-353.1.2 光纤连接器的选择35-363.2 时钟模块设计36-383.3 DDRII缓存模块设计38-403.4

电源模块设计40-413.5 FPGA电路设计41-453.5.1

FPGA的选型41-423.5.2 FPGA的配置42-433.5.3

FPGA的Rocket I/O设计43-453.6 PCB设计45-483.6.1 FPGA的分布式电源系统（PDS）设计45-463.6.2 去耦电容的选择46-473.6.3 FPGA电源系统叠层设计47-483.7 本章 小结48-49第四章

FPGA逻辑设计49-604.1 顶层模块设计49-504.2 时钟控制模块50-554.2.1 时钟芯片控制单元设计50-534.2.2 FPGA内部时钟信号的走线设计53-544.2.3 时钟补偿模块设计54-554.3 Aurora发送模块55-574.3.1 数据生成模块设计564.3.2 发送时序设计56-574.4 Aurora接收模块57-594.4.1 数据检测模块设计584.4.2 利用FIFO生成接收端的接收时序58-594.5 本章 小结59-60第五章 仿真测试与分析60-705.1 基本功能测试60-625.1.1 PCIE IP Core测试60-615.1.2 光纤传输测试61-625.1.3 资源占用情况625.2 整体功能测试62-695.2.1 测试环境

62-635.2.2 速度测试63-645.2.3 误码率测试64-695.3 本章 小结69-70第六章 结束语70-71致谢71-72参考文献72-75作者在学期间取得的学术成果75-76附录A PCB板图76-77附录B

PCB板图77-78附录C 系统实物图78

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基于FPGA的LVDS接口应用

基于FPGA的LVDS接口应用

基于FPGA的LVDS接口应用

陈莹;高双成

【摘 要】介绍了LVDS技术的原理，对LVDS接口在高速数据传输系统中的应用做了简要的分析，着重介绍了基于FPGA的LVDS_TX模块的应用，并通过其在DAC系统中的应用实验进一步说明了LVDS接口的优点。%This paper

introduces the technology of LVDS and analyzes the LVDS interface in the

application of high speed data transmission system. The paper puts

emphasis on the LVDS-TX module based on FPGA. Finally, the experiment

of the LVDS _TX module in the application of DAC system further shows

the advantages of LVDS interface.

【期刊名称】《电子科技》

【年(卷),期】2012(025)001

【总页数】5页(P8-12)

【关键词】LVDS;FPGA;高速数据传输;PLL;AD9735

【作 者】陈莹;高双成

【作者单位】西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071

【正文语种】中 文

【中图分类】TN919.3

介绍了基于FPGA的LVDS模块的应用，实现了将数据通过FPGA(Altera

StratixII EP2S90)的LVDS发送模块的传输，以640 Mbit·s－1数据率送至 DAC电路［1］。

1 LVDS技术简介

LVDS，即 Low－Voltage Differential Signaling低压差分信号，是由美国国家半导体公司于1994年提出的一种信号传输模式，在满足高数据传输率的同时降低了功耗，运用LVDS技术可使数据速率从几百Mbit·s－1到 2 Gbit·s－1。

一种基于FPGA的万兆以太网MAC层设计与实现

一种基于FPGA的万兆以太网MAC层设计与实现

一种基于FPGA的万兆以太网MAC层设计与实现

作者：安超群 李飞

来源：《无线互联科技》2023年第18期 作者简介：安超群（1986— ），女，湖北襄阳人，工程师，硕士；研究方向：模拟电路设计，集成电路设计，数字信号处理，可靠性设计等。

摘要：针对基于软件设计的万兆以太网MAC层无法满足高速数据实时传输的发展要求，文章提出了一种基于FPGA硬件平台的万兆以太网MAC层协议的设计与实现方案。该设计方案主要利用FPGA的并行处理能力，通过Verilog硬件描述语言完成万兆以太网MAC层数据实时处理的硬件设计，实现大带宽、低延时和高可靠性的万兆以太网MAC层的数据收发功能。试验验证表明：该设计方案实现了万兆以太网高速率的数据传输，具有低延时、高性能、高可靠性与简易性等优点。

关键词：万兆以太网；MAC控制器；并行CRC校验；并行数据处理

中图分类号：TP311 文献标志码：A 0 引言

以太网（Ethernet）是一种计算机局域网技术。IEEE制定的IEEE Std 802.3协议，规定了包括MAC层的协议内容、电信号以及物理层的连线。从1983年第一次发布IEEE Std 802.3协议至今，以太网经过了40年的发展，传输速率从10 Mbps、100Mbps提升到1 000Mbps，目前已经达到了10 Gbps［1］。万兆以太网是也称10 G以太网（10 Gigabit Ethernet），是在IEEE802.3ae协议中提出的以太网标准，该标准规范中规定使用光纤传输、传输带宽高达10

Gbps、传输距离最远能达到40km ［2］，经过不断的升级与扩充，万兆以太网以其速率高、兼容性好、稳定性强的优点逐渐成为以太网的核心设备［3］，服务于工业自动化、5G网络传输和智慧城市建设等行业。

大多数系统设计中，10Mbps、100Mbps和1 000Mbps以太网协议除了物理层以外的协議层均以软件的方式实现，甚至10 Gbps以太网协议使用高性能CUP或服务器实现。基于串行处理的软件架构难以并行处理以太网协议中的各种事务，同时CPU还要优先响应中断事务，随着技术的发展，CPU的处理频率已经大幅提高，同时可以用多核CPU来处理多任务。但是，以太网速度的提升远大于CPU处理性能的提升，使得CPU能够用来处理单个网络数据包的时间减少。如果CPU不能及时处理网络数据包，那必然会影响网络传输的延时和吞吐量［4］。因此，基于软件控制实现的10 Gbps以太网协议数据传输效率较低，难以满足大带宽、低延时和高可靠性的数据传输。根据高速数据传输的处理要求，结合以太网的传输协议，引入一种并行的以太网协议处理方式是解决大带宽、高速率数据处理需求和软件计算能力有限之间矛盾的有效方法。

卷积编码及Viterbi译码的低时延FPGA设计实现

卷积编码及Viterbi译码的低时延FPGA设计实现

嵌入式技术

Embedded Technology [

卷积编码及

Viterbi译码的低时延

FPGA设计实现

张健，吴倩文，高泽峰，周志刚

(杭州电子科技大学电子信息学院袁浙江杭州310018)

摘 要：针对毫米波通信的高速率和低时延设计要求,设计实现1/2

码率(2

,1

,7)

卷积码的低时延译码。采用高度并

行优化实现框架、低延时的最小值选择方式，获得Viterbi

硬判决译码算法的输出遥利用基于Xilinx

公司的Artix7-

xc7a200t

芯片综合后，译码器的数据输出延时约89

个时钟周期，最高工作频率可达203.92 MHz

遥结果表明，该译码

器可支持吉比特级的数据传输速率，实现了低延时、高速率的编译码器遥

关键词：

毫米波通信；卷积码；Viterbi

译码；system generator

中图分类号：

TN911.22 文献标识码：

A DOI:

10.16157/j.issn.0258-7998.201025

中文引用格式

：张健袁吴倩文，高泽峰袁等.卷积编码及Viterbi译码的低时延FPGA设计实现[J].电子技术应用，2021,47

(6)：96-99.

英文弓I 用格式

： Zhang Jian , Wu Qianwen , Gao Zefeng , et al. Low-latency FPGA design and implementation of convolutional coding

and Viterbi decoding[J]. Application of Electronic Technique , 2021,47(6) ： 96-99.

Low-latency FPGA design and implementation of convolutional

coding and Viterbi decoding

Zhang Jian , Wu Qianwen , Gao Zefeng , Zhou Zhigang

基于FPGA的FSK调制解调器设计与实现

基于FPGA的FSK调制解调器设计与实现

基于FPGA的FSK调制解调器设计与实现

FSK调制解调器是一种常用的数字通信技术，可用于数据传输、无线通信等领域。本文将介绍基于FPGA的FSK调制解调器的设计和实现，包括原理介绍、系统设计、硬件实现和性能分析等方面。

一、引言

FSK调制解调器是一种数字通信系统，它通过改变载波频率的方式来传输数字信号。本文基于FPGA实现FSK调制解调器，利用FPGA的灵活性和可重构性，提供了一种高效、可靠的数字通信解决方案。

二、FSK调制解调原理介绍

FSK调制解调器是通过将数字信号映射到两个不同频率的载波上，实现信息传输的。调制过程中，二进制数据0和1分别对应两个特定频率的载波，解调过程中通过判断输入信号的频率来还原原始数据。

三、系统设计

1. FSK调制器

在FPGA中设计FSK调制器，需要使用相应的调制算法将数字信号转换为两个不同频率的载波。可以采用数字频率合成技术合成两个不同频率的信号，并通过逻辑电路实现相应的调制功能。

2. FSK解调器 FSK解调器的设计目标是通过输入信号的频率变化来判定数字信号的0和1。可以采用数字滤波器和频率判决电路实现解调功能，将输入的频率信号转换为相应的数字信号。

四、硬件实现

1. FPGA配置

基于FPGA的FSK调制解调器的硬件实现，首先需要将相应的调制解调算法和电路设计编写为硬件描述语言如VHDL，并经过综合、布局布线等步骤生成比特流。

2. ADC和DAC

为了接收和发送模拟信号，需要使用ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，并使用DAC（数模转换器）将数字信号转换为模拟信号。

3. 时钟模块与控制模块

为了保持系统的同步和稳定性，需要设计时钟模块和控制模块。时钟模块用于在固定的时间间隔内，对输入信号进行采样和调制；控制模块用于控制时钟、数据流等系统参数，保证系统的正常运行。

五、性能分析

1. 调制误差分析

通过对比输入信号与调制后的信号的频谱图，可以评估FSK调制器的性能，主要包括频率偏移、频谱扩展等指标。 2. 解调误差分析