基于FPGA的Huffman编码并行实现及高速存储系统设计

发布时间：2017-05-20 07:05

  本文关键词：基于FPGA的Huffman编码并行实现及高速存储系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Huffman(霍夫曼、哈夫曼)编码是一种以最优二叉树为核心的无损压缩编码方式,在图像处理、文件传真、数学计算等领域有广泛应用。随着科技的不断发展,人们对Huffman编码无论在速度上还是在精度上都有了更高的要求。因此,研究在保证Huffman编码精度的同时,提高编码速度和结果向内存中的存取速度具有十分重要的意义和价值。多数Huffman编码都是在软件平台上,通过C语言或者其他软件语言进行编码,这些软件语言无一不都是串行顺序执行指令,大大增加了编码时间。FPGA具有强大的并行处理数据的能力,可以大幅度提高Huffman编码的速度。本文通过研究Huffman编码及FPGA的特点,提出了一种在FPGA平台上实现Huffman编码以及高速存入DDR3SDRAM存储器的研究方案。该方案针对Huffman编码的统计、排序、二叉树构建三个核心模块分别给出了各自的寄存器(RTL)级电路结构,并在FPGA平台上通过硬件描述语言实现该电路结构。最终将编码结果存入DDR3 SDRAM中。整个系统硬件平台由FPGA芯片、DDR3SDRAM存储器以及时钟晶振、LED发光二极管等其他电子元件搭建而成。方案的创新点是在完全硬件条件下并行实现Huffman编码及存储控制器,大大提升编码和存储效率。为了验证设计方案,搭建了硬件测试平台,选取351个ASCII码值作为数据源通过Verilog HDL语言进行Huffman编码。同时,通过Gcc编译工具对Huffman编码的关键模块用C语言代码实现。通过Modelsim软件的仿真和Chipscope在线逻辑分析仪的测试,结果显示:最终压缩率为44.12%,每一次统计、排序的速度比Gcc编译工具上C语言串行实现的时间提高了5158.26倍,写入DDR3 SDRAM内存中的效率为理论上最大值的70%。结果证明,无论在编码速度上,还是存储效率上,本系统都有很大提升,具备一定的研究价值。
【关键词】：Huffman编码 FPGA 并行实现 DDR3 SDRAM
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.2;TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究的背景及意义9-10
• 1.2 研究现状10-13
• 1.3 论文工作及结构安排13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 基于FPGA的Huffman编码并行实现与高速存储系统设计方案15-20
• 2.1 Huffman编码15-17
• 2.2 系统总体设计17-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第三章 基于FPGA的Huffman编码并行实现及高速存储系统实现20-45
• 3.1 Huffman编码模块设计20-25
• 3.1.1 统计模块20-22
• 3.1.2 排序模块22-24
• 3.1.3 二叉树及编码模块24-25
• 3.2 高速存储系统设计模块设计25-35
• 3.2.1 读/写异步FIFO模块设计26-27
• 3.2.2 DDR3 SDRAM控制器设计27-30
• 3.2.3 基于FPGA的DDR3 SDRAM控制器IP核的设计30-32
• 3.2.4 高速读写控制器及其时序32-35
• 3.3 软件实现统计、排序模块35-38
• 3.4 系统的软硬件平台与开发流程38-40
• 3.4.1FPGA系统开发流程38-39
• 3.4.2 软硬件开发平台39
• 3.4.3 硬件描述语言39-40
• 3.5 系统时钟和全局复位40-43
• 3.5.1 全局时钟和局部时钟设计40-41
• 3.5.2 全局复位设计41-43
• 3.6 本章总结43-45
• 第四章 基于FPGA的Huffman编码高速存储系统硬件平台搭建与测试分析45-52
• 4.1 硬件平台检测45-46
• 4.2 Huffman编码结果与分析46-48
• 4.3 关键路径时间计算48-49
• 4.4 存储效率测试49-51
• 4.5 本章总结51-52
• 结论52-54
• 参考文献54-57
• 攻读硕士学位期间的研究成果57-58
• 致谢58

【参考文献】

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：380886