内容概要：本文详细介绍了基于Xilinx K7 325T FPGA的SATA+USB3.0高速固态采集存储系统的设计与实现。系统支持全系列Xilinx FPGA器件，单路读写速率超过500MB/s，最高可达580MB/s。硬件架构方面，采用Xilinx SATA IP核进行协议转换，搭配CYUSB3014芯片实现USB3.0接口，自定义DMA控制器提升传输效率约18%，并利用TCL脚本优化FPGA内部布线延迟。软件层面展示了关键的Verilog代码片段，如SATA数据搬运的状态机以及USB3.0固件配置，确保高效稳定的跨时钟域通信。此外，文中还分享了针对不同平台（如Artix7、Zynq）的适配经验及其性能表现。 适合人群：从事嵌入式系统开发、FPGA设计的专业工程师和技术爱好者。 使用场景及目标：适用于需要高速数据采集与实时存储的应用场合，如工业自动化、医疗成像、视频监控等领域。目标是帮助开发者理解和构建高效的FPGA存储解决方案。 其他说明：文中提供了详细的硬件架构图解、关键代码示例及性能测试数据，有助于读者深入理解系统的工作原理和技术细节。

本文提出了一种适用于高数据速率通信接收机的高效并行符号定时架构。 所展示的架构依赖于经典Gardner循环的修改版本，并具有“多通道流水线”内插器，该符号使符号率比FPGA的时钟率高出几倍，从而最大程度地提高了可实现的吞吐量。 在Xilinx XC7VX690T FPGA上以150MHz时钟速率演示了时序恢复方案，并在4.8GHz采样率ADC上演示了该时序恢复方案，以实现600Msps符号速率的QPSK数据流。 此外，可以观察到，提出的方案仅占用目标FPGA中逻辑，存储和计算资源的2％。 稍作修改，我们的算法就可以适用于其他幅度调制星座，例如8PSK，16PSK或QAM。 ### 使用FPGA实现600Msps QPSK的并行符号时序恢复 #### 摘要 本文介绍了一种高效并行符号时序恢复架构，特别适用于高数据速率的通信接收机。该架构基于经典Gardner循环的一个修改版本，并引入了一个“多通道流水线”插值器，使得符号率可以远高于FPGA的工作时钟频率，从而极大地提升了可实现的吞吐量。本研究在Xilinx XC7VX690T FPGA上以150MHz时钟速率进行了实验验证，并与一个采样率为4.8GHz的ADC结合使用，实现了600Msps QPSK数据流的时序恢复。实验证明，所提出的方案只占用了目标FPGA中的逻辑、存储和计算资源的2%。稍加修改后，该算法还可以应用于其他类型的幅度相位调制星座，例如8PSK、16PSK或QAM。 #### 关键词 符号时序恢复、插值、多通道流水线、FPGA #### 1. 引言 符号同步（即定时恢复）是数字通信接收机中的关键技术之一。其基本原理是从输入的基带数字波形中找到每个符号的最佳抽样位置。通常情况下，抽样率\(f_{\text{smp}}\)被选择为符号率\(R_s\)的整数倍，即\(f_{\text{smp}} = N \cdot R_s\)，其中\(N\)为正整数。经典的定时恢复方法，如Gardner循环，在其原始形式下，假设接收机可以执行数字信号处理操作的时钟频率\(f_{\text{clk}}\)至少等于或大于\(f_{\text{smp}}\)，这是许多实际数字接收机设计的起点。 然而，随着符号率的提高，意味着信息传输带宽的增加，这对于全球卫星通信系统、无人机(UAV)4K视频传输等众多应用场景来说至关重要。当符号率\(R_s\)提高到某个水平，以至于\(f_{\text{smp}}\)甚至\(R_s\)超过了FPGA的工作时钟频率时，传统的定时恢复方法面临挑战。 #### 2. 并行符号时序恢复架构 为了克服上述限制，本文提出了一种新的并行符号时序恢复架构。这一架构的特点在于利用了改进版的Gardner循环以及多通道流水线插值技术。改进后的Gardner循环能够更准确地估计符号的定时误差，而多通道流水线插值则可以有效降低符号间的干扰，并允许符号率远远超过FPGA的时钟频率。 **2.1 改进的Gardner循环** Gardner循环是一种常用的无数据辅助的定时恢复方法。传统Gardner循环通过检测相邻两个样本之间的相位差来估计定时误差。本文中的改进版Gardner循环进一步优化了相位检测机制，提高了定时误差估计的精度。 **2.2 多通道流水线插值** 多通道流水线插值技术的核心在于将符号的处理过程分解成多个并行的子通道，每个子通道负责一部分数据的处理。这种方法可以显著提高处理速度，同时减少对FPGA资源的占用。通过采用合适的插值算法，可以有效地补偿由于高速采样带来的时延和失真问题。 #### 3. 实验验证 为了验证所提方案的有效性，我们在Xilinx XC7VX690T FPGA平台上进行了实验。该平台工作在150MHz的时钟频率下，与4.8GHz采样率的ADC相结合，成功实现了600Msps QPSK数据流的符号时序恢复。实验结果表明，即使在如此高的数据速率下，方案仍然保持良好的性能，并且仅消耗了目标FPGA中约2%的逻辑、存储和计算资源。 #### 4. 应用扩展性 本研究还讨论了方案的应用扩展性，即如何将此架构应用到其他类型的调制星座中，如8PSK、16PSK或QAM等。这些调制方式虽然在复杂度上高于QPSK，但同样适用于高速数据传输场景。通过适当的修改，本文提出的架构可以很好地适应这些调制方式，从而拓宽其应用场景。 #### 结论 本文提出了一种高效的并行符号时序恢复架构，该架构基于改进的Gardner循环和多通道流水线插值技术，成功地在高数据速率通信接收机中实现了600Msps QPSK数据流的符号时序恢复。实验结果显示该架构不仅性能优越，而且资源消耗极低，具有很高的实用价值。此外，该架构还展示了良好的扩展性，可以应用于其他类型的调制星座，展现出广泛的应用前景。

本文介绍了基于HLS的YOLOv3在FPGA上的实现过程，选用了AX7350开发板进行网络加速。主要内容包括使用开源YOLOv3进行网络训练和量化，生成加速器IP核，搭建SOC硬件平台，导出bit流文件，以及使用Petalinux制作SD镜像启动文件。此外，还详细说明了如何通过SDK工具编写驱动生成.elf文件，并进行上板调试，确保软件和硬件输出一致。文章还提供了GitHub上的相关代码和资源链接，包括Petalinux代码、Vivado工程和量化代码，方便开发者直接使用或参考。 YOLOv3是一个高效、快速的目标检测算法，它能够在图像中实时识别多个对象。FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可以重新配置的数字逻辑电路。将YOLOv3部署到FPGA上，可以实现网络加速，满足实时性要求高的应用场景。在本文中，作者详细描述了基于HLS（High-Level Synthesis）的YOLOv3在FPGA上的实现过程。 进行网络训练和量化是实现过程的第一步。YOLOv3模型的训练使用开源代码进行，量化过程则涉及将训练好的模型参数转化为整数形式，以减少FPGA实现过程中的计算复杂度。生成加速器IP核是将训练和量化后的模型部署到FPGA上的重要步骤，IP核是一种可以重复使用的模块化电路设计。 接下来，作者详细描述了如何搭建SOC（System on Chip）硬件平台。SOC是一种将计算机系统的主要部件集成到单个集成电路芯片上的技术。在本文中，SOC硬件平台的搭建需要导出bit流文件，这是一种用于描述FPGA硬件配置的文件格式。此外，作者还介绍了如何使用Petalinux制作SD镜像启动文件。Petalinux是基于Linux的嵌入式开发平台，SD镜像则是一种存储了操作系统和相关软件的存储卡映像文件。 软件和硬件的衔接部分也是本文的一个重点。作者说明了如何通过SDK（Software Development Kit）工具编写驱动生成.elf文件，并进行上板调试。.elf文件是可执行链接格式文件，用于在嵌入式系统上加载和运行程序。上板调试是指在实际硬件上测试程序的过程，以确保软件运行结果与硬件预期一致。 为了方便开发者使用和参考，作者还提供了GitHub上的相关代码和资源链接。这些资源包括Petalinux代码、Vivado工程和量化代码。Petalinux代码是用于制作Petalinux操作系统的源码，Vivado工程则是Xilinx公司推出的用于FPGA设计的软件工程。量化代码是用于模型量化处理的程序代码。 本文详细介绍了基于HLS的YOLOv3在FPGA上的实现过程，包括网络训练、量化、生成IP核、搭建硬件平台、制作启动文件以及驱动开发和调试等关键步骤。同时，提供了丰富的代码和资源链接，为开发者提供了便利的参考和使用途径。

使用FPGA实现从CameraLink相机Base模式解码到HDMI高清视频输出的设计方案。主要内容涵盖CameraLink相机与FPGA的连接、LVDS视频解码、像素时钟同步、AXI4-Stream转换、视频数据存入DDR3缓存以及最终通过HDMI接口输出高清视频的具体步骤和技术细节。文中还提供了部分伪代码示例，展示了各个关键环节的实现方法。 适合人群：从事图像处理、嵌入式系统开发的技术人员，尤其是对FPGA和CameraLink相机有研究兴趣的专业人士。 使用场景及目标：适用于需要高效处理CameraLink相机输入并实现实时高清视频输出的应用场合，如工业检测、医疗成像等领域。目标是掌握FPGA在图像处理中的应用技巧，提高图像处理效率和质量。 其他说明：文章不仅讲解了理论知识，还结合实际案例进行了详细的步骤分解，有助于读者更好地理解和实践相关技术。

在数字电路设计中，FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种高度可配置的集成电路，允许设计者根据需求自定义逻辑功能。本项目聚焦于使用FPGA实现32位前导零检测，这是一种常见的数字信号处理任务，常用于数据压缩、计算优化等领域。在给定的场景中，设计不仅涉及基本的前导零检测，还结合了PS2键盘输入与数码管显示，使得设计更加实用和互动。 前导零检测通常指的是在二进制数中查找连续的零，直到遇到第一个非零位。在32位系统中，这涉及到对32位宽的二进制数据进行扫描，找出其最高有效位（MSB）之前的零位数。这个过程可以通过硬件逻辑电路高效地实现，特别是在FPGA中，可以利用并行计算的优势来加速处理速度。 实现32位前导零检测的FPGA设计通常包含以下部分： 1. **数据输入接口**：在这个案例中，数据来源是PS2键盘。PS2键盘接口是一个标准的低速接口，用于连接键盘到计算机。FPGA设计需要包含一个PS2接收模块，用于解析键盘发送的扫描码，并将其转换为32位数据。 2. **前导零检测单元**：这是核心部分，它接收来自PS2接口的数据，然后逐位检查32位数值中的前导零。一种常见方法是使用计数器，当检测到非零位时停止计数。设计可能还需要考虑边缘检测，以确保只在新的数据输入时才更新计数值。 3. **数码管显示控制**：检测到的前导零数量需要通过数码管显示出来，这就需要一个驱动数码管的控制单元。数码管通常有7段或8段，每段对应一个LED，可以组合显示0-9的数字。FPGA设计需要译码逻辑来将计数结果转化为适合数码管的段码。 4. **系统时钟和复位**：FPGA设计需要一个稳定的时钟信号来同步所有操作。同时，复位信号用于初始化系统，确保在开始新操作之前所有状态都被清零。 5. **状态机**：为了管理整个流程，设计可能包含一个状态机，以有序的方式处理键盘输入、前导零检测和数码管显示。状态机将根据事件（如新数据到来或按键按下）切换状态，确保系统的正确运行。 6. **逻辑综合与布局布线**：完成Verilog或VHDL等硬件描述语言的设计后，需要使用EDA工具进行逻辑综合，将高级语言描述转化为门级网表。然后，布局布线工具将网表映射到FPGA的物理资源上，以实现实际的硬件功能。 7. **验证与测试**：在实际应用前，设计需要经过仿真验证，确保在各种输入条件下都能正确工作。这通常包括编写测试用例并观察输出是否符合预期。 通过这样的FPGA实现，我们可以构建一个实时的、交互式的32位前导零检测系统，不仅可以用于教学演示，也适用于其他需要快速处理二进制数据的应用场景。理解并掌握这种设计方法，对于提升FPGA设计能力，尤其是数字逻辑设计和硬件描述语言编程技巧，具有重要意义。

乘法是数字信号处理中重要的基本运算，在很大程度上影响着系统的性能。本文将介绍三种高速乘法器实现原理：阵列乘法器、华莱士(WT)乘法器、布斯华莱士树超前进位乘法器。而且通过FPGA技术实现了这三种乘法器，并对基于以上三种架构的乘法器性能进行了分析比较。 ### 三种高速乘法器的FPGA实现及性能比较 #### 摘要与引言 乘法作为数字信号处理中的基本运算之一，对于提升系统的性能具有重要作用。特别是在3G技术普及后，图像、语音、加密等应用领域对信号处理速度提出了更高的要求。为了满足这些需求，研究者们致力于开发更为高效的乘法器。本文将详细介绍三种高速乘法器的设计原理及其在FPGA上的实现，包括阵列乘法器、华莱士乘法器以及布斯华莱士树超前进位乘法器，并通过实验对比分析了这三种乘法器的性能表现。 #### 阵列乘法器 **2.1 阵列乘法器原理** 阵列乘法器采用了一种并行运算的方法，极大地提高了乘法运算的速度。其核心思想是在硬件层面上直接实现乘法的运算过程。具体步骤如下： 1. **当乘数某一位为1时**，将被乘数的值直接放置于适当位置。该位置由乘数位数确定。 2. **当乘数某一位为0时**，则在相应位置放置0。 3. **使用与门**来实现每一位的乘法运算。例如，对于`1000 × 1`的运算，乘数1与被乘数的每一位分别进行与运算，得到的结果即为最终乘积。 4. **使用加法器**来计算所有部分积的总和，得到最终的乘法结果。 **2.2 阵列乘法器FPGA实现** 在FPGA实现过程中，创建了一个名为`comult`的实体，该实体包含两个6位的输入端口（`mulc`表示被乘数，`mulp`表示乘数）以及一个12位的输出端口（`prod`）。利用VHDL或Verilog HDL编写程序来实现这部分逻辑。例如，可以使用与门实现部分积的计算，使用全加器（Full Adder）来完成最终结果的计算。通过仿真验证了6×6有符号位阵列乘法器的功能正确性。 #### 华莱士乘法器 **3.1 原理介绍** 华莱士乘法器是一种基于树形结构的部分积简化算法。它通过多次使用全加器组成的保留进位加法器（CSA）来减少部分积的数量，从而缩短了延迟时间。其基本思想包括： - **保留进位加法器（CSA）**：一种特殊的全加器，其特点是输入端有三个，输出端有两个（一个和数S和一个进位C'）。通过这种方式，每次计算都可以减少一个加数。 - **树形结构**：首先将部分积按三位进行分组，然后使用CSA来减少加数的数量；接着对产生的结果继续分组处理，直到最后只剩两个输出为止。整个过程类似于树状结构，每个节点都是一个CSA。 - **进位传递加法器**：最后对剩余的两个输出（伪和与局部进位）使用传统的进位传递加法器进行计算，得到最终的乘积。 **3.2 FPGA实现** 在FPGA上实现华莱士乘法器时，需要构建多个CSA模块以及一个进位传递加法器。通过精心设计这些模块之间的连接方式，可以实现高效且紧凑的电路布局。例如，对于一个n位的华莱士树乘法器，可以通过级联多个CSA来构建树形结构，并在树的底部使用一个进位传递加法器完成最终的计算。 #### 布斯华莱士树超前进位乘法器 **4.1 原理** 布斯算法（Booth's Algorithm）通过观察乘数中的连续0和1序列，减少了乘法运算中不必要的加法次数。布斯华莱士树超前进位乘法器结合了布斯算法与华莱士树的优点，进一步优化了乘法器的设计。 - **布斯算法**：通过检测乘数中连续的0和1序列来减少部分积的数量。例如，如果乘数中出现连续的0，则无需进行任何操作；如果出现连续的1，则只需要执行一次加法操作即可。 - **华莱士树结构**：结合了布斯算法简化后的部分积，使用华莱士树结构进行快速合并，进一步提高乘法器的速度。 **4.2 FPGA实现** 在FPGA上实现布斯华莱士树超前进位乘法器时，需要先实现布斯编码逻辑，用于检测乘数中的模式并生成相应的控制信号。随后，使用这些控制信号来控制CSA模块的操作，进而减少不必要的加法操作。通过进位传递加法器完成最终的计算。 #### 性能比较 通过对上述三种乘法器在FPGA上的实现进行仿真测试，可以观察到不同乘法器之间的性能差异。通常情况下，阵列乘法器因为其简单的结构而具有较低的延迟，但资源消耗较大；华莱士乘法器虽然能够显著减少延迟，但其实现较为复杂；布斯华莱士树超前进位乘法器则在延迟和资源消耗之间取得了较好的平衡，是高性能应用中的优选方案。 不同类型的乘法器各有优缺点，在实际应用中应根据具体的需求选择最适合的方案。FPGA作为一种可编程逻辑器件，为实现这些复杂的乘法器提供了灵活且强大的平台。

内容概要：本文详细介绍了基于Xilinx Kintex-7 325T FPGA实现千兆网UDP协议透传通信的方法。首先解释了UDP协议的特点及其在工业控制和实时传输场景中的应用优势。接着深入探讨了系统的硬件架构，特别是核心模块udp_protocol_top的设计以及与之配套的Xilinx官方IP核gig_ethernet_pcs_pma的使用方法。文中还提供了详细的接口定义和时钟树设计注意事项，确保数据收发的高效性和稳定性。对于接收和发送数据的具体操作流程进行了详尽说明，包括Verilog代码示例，帮助读者更好地理解和实现该方案。最后，针对可能出现的问题给出了实用的调试建议。 适合人群：具有一定FPGA开发经验的研发人员和技术爱好者。 使用场景及目标：适用于需要进行高速、可靠的数据传输的应用场合，如工业自动化、网络监控等领域。目标是让开发者能够快速掌握基于FPGA的UDP协议实现方法，提高项目开发效率。 其他说明：文章不仅涵盖了理论知识，还包括大量实战经验和技巧，有助于解决实际开发过程中遇到的各种问题。

OV5640图像采集与HDMI显示：基于AXI总线DDR3存储与FPGA实现方案（Verilog代码实现，图像分辨率1280x1024）,OV5640图像采集与HDMI显示：基于AXI总线DDR3存储与FPGA实现，分辨率达1280x1024,ov5640图像采集及hdmi显示，verilog代码实现 OV5640摄像头采集图像，通过AXI4总线存储到DDR3，HDMI通过AXI4总线读取DDR3数据并显示，xilinx 7系列fpga实现。 AXI 总线数据位宽512，图像分辨率为1280x1024 ,OV5640图像采集;HDMI显示;AXI4总线;DDR3存储;Xilinx 7系列FPGA实现;512位宽AXI总线;1280x1024分辨率。,OV5640图像采集存储及HDMI显示 - AXI4总线接口，512位宽数据流在Xilinx 7系列FPGA上的Verilog实现

介绍SD卡及如何使用的文章有很多，这里不再赘述，这里给大家推荐几个相关的文章都介绍的比较详细；本文重点介绍如何在SPI模式下使用SD卡，包括初始化的步骤，读写数据的操作步骤及SD卡的响应内容等，最后附上完整的工程文件及简单的仿真（模拟SD卡的.v文件目前只能够响应命令，对写入数据后的响应没有涉及，可以直接上板观察具体响应） SD2.0协议详解：命令格式、初始化/读取/写入 基于FPGA的SD卡的数据读写实现（SD NAND FLASH） SD卡的使用过程如下： SD卡初始化—— SD卡写数据（单个数据块）—— SD卡读数据（单个数据块） rtl文件夹中一共有6个.v文件，从上至下分别代表初始化时钟生成、模式选择、初始化、SD卡、SD卡写以及顶层文件。各部分介绍如下： clk_init_gen：用于生成初始化需要的时钟； mode_sel：表示目前的工作模式为初始化、SD卡写还是SD卡读； sd_init：完成SD卡的初始化； sd_read：完成SD卡的读功能； sd_write：完成SD卡的写功能 SD_top的这一部分为产生写数据，然后存入到sd_write模块的fifo中，

基于NVMe over Fabrics (NVMeoF) 和 RDMA 网络接口卡 (RNIC) 技术，在 FPGA 上实现 RDMA 扩展 NVMe 存储系统的方案。文中涵盖了 NVMeoF 和 RNIC 的 IP 源代码解析、参考设计工程、上位机软件及计算机驱动的开发。具体来说，文章首先解释了 NVMeoF 和 RNIC 的基本概念和技术背景，接着深入探讨了 IP 源代码的设计与实现，包括配置和初始化驱动程序、处理网络数据包和连接的协议栈。然后，文章描述了一个完整的参考设计工程，涉及硬件设计、固件开发和软件架构。此外，还讨论了上位机软件的功能需求，如配置管理、性能监控和用户界面设计，以及计算机驱动程序的关键特性，如设备初始化、数据传输和异常处理。最后，文章强调了 RoCE 技术在连接多个 SSD 终端时的作用，形成了一个高性能的存储网络。 适合人群：从事存储系统开发的技术人员，尤其是对 NVMe、RDMA 和 FPGA 技术感兴趣的工程师。 使用场景及目标：① 数据中心高性能计算和大数据处理环境；② 需要构建高效、低延迟存储网络的企业级应用场景。 其他说明：本文不仅提供了理论指导，还包含了具体的实现细节和代码解析，有助于读者深入了解并实际应用这一先进技术。