本文關(guān)鍵詞：基于Vivado的頻譜顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：信號頻譜分析在通信、信號檢測與分析、數(shù)字信號處理等工程中應(yīng)用廣泛。隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的增加,對于頻譜分析的精確度及實(shí)時(shí)性等方面也提出了更高的要求。FFT(Fast Fourier Transformation)是實(shí)現(xiàn)頻譜的一種重要方法,因此設(shè)計(jì)一種基于FFT算法的實(shí)時(shí)頻譜顯示系統(tǒng)在數(shù)字信號處理中具有重要作用。課題在分析FFT算法的基礎(chǔ)之上,利用基于Vivado的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法,以Xilinx公司的Zynq為開發(fā)平臺,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種可以實(shí)時(shí)、可靠顯示音頻頻譜的系統(tǒng)。主要工作有:(1)基于Vivado HLS(High Level Synthesis)高層次綜合工具設(shè)計(jì)FFT IP(Intellectual Property Core)。利用HLS工具對使用C語言編寫的FFT算法進(jìn)行仿真和RTL級驗(yàn)證,并對FFT IP在占用資源和處理數(shù)據(jù)速度方面進(jìn)行優(yōu)化,最終生成了一個(gè)RTL(Register Transfer Level)級的可以處理實(shí)數(shù)和復(fù)數(shù)的FFT IP,可以在Vivado硬件開發(fā)中使用。(2)利用Verilog語言設(shè)計(jì)OLED(Organic Light-Emitting Diode)IP。借助Xilinx提供的IP搭建OLED硬件系統(tǒng),利用SDK(Software Development Kit)編寫OLED驅(qū)動(dòng)程序,將軟硬件部分結(jié)合起來在Zed Board開發(fā)板上驗(yàn)證OLED IP和驅(qū)動(dòng)程序。(3)設(shè)計(jì)音頻驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)是根據(jù)Xilinx提供的音頻IP和Zed Board開發(fā)板外圍的音頻芯片ADAU1761來進(jìn)行設(shè)計(jì)的,使用音頻IP搭建測試音頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),驗(yàn)證設(shè)計(jì)的音頻驅(qū)動(dòng)程序。(4)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)頻譜顯示系統(tǒng)。利用FFT IP、OLED IP、音頻IP以及Xilinx提供的其它IPs搭建音頻頻譜顯示系統(tǒng),在SDK中編寫整體系統(tǒng)的控制程序,在OLED上實(shí)時(shí)顯示頻譜。使用HLS生成的FFT IP設(shè)計(jì)頻譜顯示系統(tǒng)對單頻正弦信號進(jìn)行頻譜處理,并和Xilinx的FFT IP設(shè)計(jì)的頻譜顯示系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行對比,分析兩次實(shí)驗(yàn)的性能和資源消耗情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明音頻信號經(jīng)過頻譜顯示系統(tǒng)處理之后,可以在OLED上實(shí)時(shí)顯示音頻信號頻譜,證明設(shè)計(jì)的FFT IP是正確的,同時(shí)也表明軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法能夠充分利用FPGA的并行處理的能力和軟件實(shí)現(xiàn)方式的靈活性,為實(shí)際應(yīng)用中提供一種實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。
【關(guān)鍵詞】：FFT IP Vivado 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 高層次綜合 FPGA
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 課題背景與意義9
• 1.2 數(shù)字信號實(shí)現(xiàn)方式的發(fā)展9-11
• 1.3 主要工作和章節(jié)安排11-13
• 2 FFT原理和開發(fā)工具13-25
• 2.1 FFT算法原理13-18
• 2.1.1 直接計(jì)算DFT的特點(diǎn)13-15
• 2.1.2 基-2 時(shí)域抽取法15-18
• 2.2 IP介紹18-19
• 2.3 Vivado HLS工具19-24
• 2.3.1 HLS工具開發(fā)原理19
• 2.3.2 HLS工具開發(fā)流程19-21
• 2.3.3 HLS應(yīng)用領(lǐng)域21-22
• 2.3.4 HLS優(yōu)化設(shè)計(jì)22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 3 頻譜顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)25-66
• 3.1 開發(fā)平臺介紹25-29
• 3.1.1 Xilinx Zynq平臺介紹25-26
• 3.1.2 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)原理26-28
• 3.1.3 硬件開發(fā)環(huán)境28-29
• 3.1.4 軟件開發(fā)環(huán)境29
• 3.2 頻譜顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)29-30
• 3.3 FFT IP設(shè)計(jì)30-49
• 3.3.1 FFT算法31-34
• 3.3.2 FFT的C模型實(shí)現(xiàn)34-44
• 3.3.3 HLS對FFT進(jìn)行優(yōu)化44-47
• 3.3.4 FFT優(yōu)化前后結(jié)果對比47-49
• 3.4 OLED IP設(shè)計(jì)49-59
• 3.4.1 OLED IP整體設(shè)計(jì)49-52
• 3.4.2 OLED IP實(shí)現(xiàn)52-56
• 3.4.3 OLED IP測試程序設(shè)計(jì)56-59
• 3.5 音頻驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)59-65
• 3.5.1 音頻控制器介紹60-61
• 3.5.2 音頻驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)61-63
• 3.5.3 設(shè)計(jì)測試程序63-65
• 3.6 本章小結(jié)65-66
• 4 頻譜顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)66-77
• 4.1 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)66-68
• 4.2 軟件程序?qū)崿F(xiàn)68-71
• 4.3 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析71-75
• 4.3.1 測試特定頻率的信號72-73
• 4.3.2 測試MP3 音頻信號73-74
• 4.3.3 結(jié)果分析74-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 5 總結(jié)與展望77-79
• 5.1 全文工作總結(jié)77-78
• 5.2 未來工作展望78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 附錄A 采用HLS FFT IP設(shè)計(jì)的系統(tǒng)83-84
• 附錄B Real FFT IP的組成84-85
• 附錄C 采用Xilinx FFT IP設(shè)計(jì)的系統(tǒng)85-86
• 附錄D 測試頻譜系統(tǒng)的主程序中main函數(shù)代碼86-87
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄87-89

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：463040