基于FPGA+DSP的高速中頻采樣信號(hào)處理平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)
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1．1 高速A／D與D／A設(shè)計(jì)
四路高速A／D采樣通道采用兩片NS公司的ADC081000實(shí)現(xiàn)，每片有兩個(gè)A／D通道，相比多片A／D器件的通道間相位恒定設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)而言，單片A／D器件可以更容易實(shí)現(xiàn)兩路通道間的相位恒定。ADC081000是一款高性能的A／D采集芯片，單通道8 b采樣頻率為1 GHz。本平臺(tái)中A／D通道間采樣數(shù)據(jù)的相位恒定是利用采樣時(shí)鐘相位間的恒定來實(shí)現(xiàn)的。在設(shè)計(jì)時(shí)，使時(shí)鐘芯片到兩片A／D器件間的時(shí)鐘線等長(zhǎng)，兩片A ／D器件到FPGA間的時(shí)鐘線與數(shù)據(jù)線也分別等長(zhǎng)，并且還利用一片FPGA設(shè)計(jì)了對(duì)兩片A／D器件的軟啟動(dòng)控制，這就更保證了四路通道間采樣時(shí)鐘的相位恒定。
兩路高速D／A通道采用兩片AD公司的AD9736實(shí)現(xiàn)，AD9736單通道14 b，采樣頻率可達(dá)1 200 MSPS。兩路高速D／A通路也利用一片FPGA作控制，實(shí)現(xiàn)通道間相位差的恒定。
1．2 信號(hào)處理單元設(shè)計(jì)
信號(hào)處理單元包括FPGA和DSP兩大部分。
FPGA部分主要由四片Virtex-4 SX55組成，四片F(xiàn)PGA間實(shí)現(xiàn)有串行連接和相隔間的連接。FPGA電路主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)高速A／D采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理和高速D／A回放數(shù)據(jù)處理，并且控制高速A／D電路采樣時(shí)鐘的相位恒定與高速D／A電路采樣時(shí)鐘的相位恒定，同時(shí)也根據(jù)需要與相應(yīng)的DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或傳遞。FPGA電路上連接的光接口電路也可以實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)進(jìn)行高速、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。
A／D采樣之后的數(shù)字信號(hào)速率非常高，要從這些高速信號(hào)中得到有用的基帶信號(hào)，需要有效地對(duì)其進(jìn)行數(shù)字下變頻、抽取、濾波等處理，這些功能都可以通過FPGA來實(shí)現(xiàn)。FPGA具有較高的處理速度和較高的穩(wěn)定性，同時(shí)又具有設(shè)計(jì)靈活、易于修改和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)不同系統(tǒng)的要求，提高了系統(tǒng)的適用性及可擴(kuò)展性。
DSP電路是本平臺(tái)信號(hào)處理的核心，完成大部分的數(shù)據(jù)處理工作，由四片ADSP TS201組成，四片DSP間實(shí)現(xiàn)了兩兩間的Link口互連，構(gòu)成了分布式并行系統(tǒng)，可以把復(fù)雜的算法分割成小的任務(wù)給各處理器完成，從而減少任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。
根據(jù)設(shè)計(jì)需要，平臺(tái)數(shù)據(jù)的傳輸量很大，多DSP之間的數(shù)據(jù)傳輸速度尤為重要，采用Link口來傳輸數(shù)據(jù)，可以在不增加輔助電路的前提下，DSP間的直接互聯(lián)。而且，基于Link口的數(shù)據(jù)傳輸采用專門的數(shù)據(jù)通道，不占有系統(tǒng)總線資源，消除了傳輸過程中的總線仲裁，減少了網(wǎng)絡(luò)延遲帶來的不確定因素。四片DSP間Link口的傳遞數(shù)據(jù)能力高達(dá)600 MB／s。
DSP主要是通過軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶信號(hào)處理以及比特流控制、編碼解碼等高速的數(shù)據(jù)交換和處理功能。對(duì)DSP開發(fā)的軟件工具是ADI公司的VisualDSF++4．0，它是TigerSHARC系列DSP的集成開發(fā)環(huán)境，支持匯編語言、C語言、C++等開發(fā)語言，能讓程序員使用這些工具編寫出相對(duì)于特定DSP的高性能應(yīng)用程序，發(fā)揮強(qiáng)大的處理能力。在本平臺(tái)中，每片DSP的地位都是對(duì)等的，能夠根據(jù)不同的要求，硬件結(jié)構(gòu)不用改變，只須在DSP的軟件算法中稍加改動(dòng)，系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)新的功能。
1．3 主控制電路設(shè)計(jì)
主控制電路與信號(hào)處理單元電路和外部接口電路相連，其核心是一片規(guī)模較小的FPGA。它主要是控制信號(hào)處理單元的同步復(fù)位及工作控制，可以將從外部主機(jī)接收到信號(hào)傳遞給信號(hào)處理單元，也可將信號(hào)處理單元的有關(guān)信息傳遞到外部主機(jī)中。
1．4 其他主要電路設(shè)計(jì)
時(shí)鐘管理電路主要是負(fù)責(zé)板上FPGA、DSP、光口、高速A／D與D／A等正常工作所需要時(shí)鐘生成與配置。外部存儲(chǔ)電路是FPGA與DSP正常工作時(shí)所需要的外部RAM空間大小的設(shè)計(jì)。外部接口電路是本平臺(tái)與其他設(shè)備進(jìn)行連接的控制接口。光纖通道電路由兩路光纖通道組成，每路可以工作在2．5 Gb／s，可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2 性能測(cè)試
決定平臺(tái)性能的指標(biāo)有多個(gè)，選取最主要的三個(gè)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下。 合成孔徑雷達(dá)相關(guān)文章:合成孔徑雷達(dá)原理
評(píng)論