1．目的及意义

选题背景及意义：

随着科学技术的发展，以计算机技术、网络技术、自动控制技术等为代表，迅猛发展的技术极大地推动了经济的发展。同时经济的发展也不断催生出新的技术，1985年xilinx推出真正意义上的第一颗FPGA芯片XC2064标志了FPGA技术真正进入实际生产生活。而这一技术一经发明，后续的发展速度之快，超出大多数人的想象。FPGA先天具备可编程灵活性高、开发周期短、并行计算可编程灵活性高的这些优点，这直接致使在多应用场合产生优异的表现，其在以国防、医疗、工业控制等为代表的行业内产生极大影响，而这些行业对其需求也成为其发展的源动力。如今随着人工智能、深度学习、比特币等新技术的出现，FPGA的硬件并发优势成为这些新技术青睐的支撑技术。将FPGA用于算法硬加速的学术探索逐步成为热门研究方向，AES、深度学习等算法在FPGA加速下也确实显现出更为优异的性能。

在技术发展的同时，技术也推动了经济的发展、行业的变革。在网络技术、控制技术等推动下，零售行业产生了新的发展趋势，“新零售”一改传统零售行业的旧面貌，以方便快捷，无人值守等优点迅速成长。自动售卖机因为24小时服务，无人值守、灵活布设等特点成为零售行业的新宠。

此研究旨在学习使用FPGA完成相对复杂的专用数字电路的设计，同时尝试应用FPGA并使用主从控制方式设计并实现自动售货机数字系统，实现自动售货控制功能。

国内外研究现状：

自FPGA技术产生以来，其应用场景越来越广泛。从国防军事到工业控制，再从医疗设备控制到家庭电气设备的控制，越来越多的应用场景带动了FPGA在技术上的发展，同时勾起了越来越多的人的研究兴趣。在控制方面的研究成果数不胜数，例如将其应用全自动洗衣机的控制、应用于数字电源的控制、应用于步进电机的控制等等；但近几年也有人研究将其应用于算法加速等领域，例如有人使用FPGA对AES等加密、CNN等深度学习算法进行加速优化；此外也有人将其应用于数据采集与传输、网络控制等领域。虽然应用的领域多种多样，但其依赖的基础技术却是相差无几，多依赖诸如全双工UART、FIFO存储结构以及脉宽调制等，还有一些依赖厂家提供的软核进行嵌入式开发等。

FPGA凭借其可编程灵活性高、开发周期短、并行计算可编程灵活性高等优点在各个领域表现出优越的性能，但将其应用于自助零售的案例却是稀少的。虽然在一些文献中有将其应用于自助零售的想法，但其设计相对简单功能单一，无法满足实际需要。本研究题目旨在从管理者和消费者双重角度研发设计基于FPGA的自助售货数字系统，以求尽可能满足实际需求。

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2. 研究的基本内容与方案

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1) 软件初步的需求分析

A. 目标：

本系统的主要目的是研发一款搭载到FPGA上的自动贩卖机的数字控制系统及其配套的数据持久化系统。系统将主要提供给消费者与管理员两类用户使用，使其分别能够在系统中完成相应的操作。其中提供给消费者其完成消费的主要功能包括投币、选货、出货、找零等，提供给管理员其完成布货管理的功能包括上货、补货、货架在架商品数量查询、货品清空、货品价格设置、找零钱柜设置等。时间允许的前提下将继续研究将由恒生电子股份有限公司提供的Fbase2.0平台应用于系统，设计其远程监控及管理功能（非主体，非必须）。