基于SOPC技术的雷达信号采集处理传输
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摘要
雷达信号的采集处理传输一般由FPGA、DSP、PCI联合实现。FPGA对中频数字信号进行预处理,DSP高速处理单元则完成复杂算法。整个系统通过PCI接口与工控机构成主从工作方式,实现数据的传输和存储。这样的系统架构继承了软件无线电的思想,具有较好的整体性能,但是功耗较大。
本文针对野外探测的实际特点,提出了基于SOPC技术的解决方案。将信号采集、处理和传输在单片高性能FPGA上实现,简化了电路结构设计,降低了系统功耗。详细介绍了SOPC技术的实现方案和设计方法,阐述了Xilinx公司SOPC技术开发环境、设计工具以及应用流程。重点讨论了系统总体硬件结构,分析了各部分电路实现原理。在此基础上,本文详细介绍了基于SOPC技术的嵌入式微处理器硬件设计具体过程。利用BSB向导工具构造一个包含Ethernet、RS232、GPIO IP核的基础系统。然后将DDC用户定制IP核挂接到OPB总线,导入基础系统。进行IP参数配置,约束文件修改,生成硬件位流,完成整个系统的微处理器硬件设计。文章最后介绍了系统软件开发环境和程序流程,讨论了系统测试验证方法,提出了需要进一步深入研究的方向。
Radar signal sampling, processing and transmission generally implement by FPGA, DSP and PCI joint structure. FPGA executes the pretreatment IF digital signal, and the DSP high-speed processing unit completes complex algorithm. The overall system works as master/slave mode with an industry personal computer through the PCI interface, which carries out the data transmission and storage. Such system architecture inherited the idea of radio software has good overall performance, but consumes much power.
In this paper, considering the actual characteristics of the wild detection, a solution based on the SOPC technology is proposed. Signal sampling, processing and transmission are realized in one high-performance single-chip FPGA, which simplifies the circuit design and reduces the system power consumption. This paper introduces in detail the SOPC technology realization scheme and design method, describes the SOPC technology development environment, design tools and application processes provided by Xilinx Company and discusses the entire hardware structure of the system and all parts of the circuit realization principle. On this basis, the paper presents the embedded microprocessor hardware design specific process based on SOPC technology. A basic system including Ethernet, RS232, GPIO IP cores is constructed utilizing the BSB wizard tool. Then DDC customized IP core is attached to the OPB bus, importing to the basic system. We carry on IP parameter modification, editor the UCF file, and generate hardware bit stream to complete the system's microprocessor hardware design. In conclusion, the paper introduces the system software development environment, gives the procedures flow of the system, discusses the test method and proposes the research direction in the further.
本文针对野外探测的实际特点,提出了基于SOPC技术的解决方案。将信号采集、处理和传输在单片高性能FPGA上实现,简化了电路结构设计,降低了系统功耗。详细介绍了SOPC技术的实现方案和设计方法,阐述了Xilinx公司SOPC技术开发环境、设计工具以及应用流程。重点讨论了系统总体硬件结构,分析了各部分电路实现原理。在此基础上,本文详细介绍了基于SOPC技术的嵌入式微处理器硬件设计具体过程。利用BSB向导工具构造一个包含Ethernet、RS232、GPIO IP核的基础系统。然后将DDC用户定制IP核挂接到OPB总线,导入基础系统。进行IP参数配置,约束文件修改,生成硬件位流,完成整个系统的微处理器硬件设计。文章最后介绍了系统软件开发环境和程序流程,讨论了系统测试验证方法,提出了需要进一步深入研究的方向。
Radar signal sampling, processing and transmission generally implement by FPGA, DSP and PCI joint structure. FPGA executes the pretreatment IF digital signal, and the DSP high-speed processing unit completes complex algorithm. The overall system works as master/slave mode with an industry personal computer through the PCI interface, which carries out the data transmission and storage. Such system architecture inherited the idea of radio software has good overall performance, but consumes much power.
In this paper, considering the actual characteristics of the wild detection, a solution based on the SOPC technology is proposed. Signal sampling, processing and transmission are realized in one high-performance single-chip FPGA, which simplifies the circuit design and reduces the system power consumption. This paper introduces in detail the SOPC technology realization scheme and design method, describes the SOPC technology development environment, design tools and application processes provided by Xilinx Company and discusses the entire hardware structure of the system and all parts of the circuit realization principle. On this basis, the paper presents the embedded microprocessor hardware design specific process based on SOPC technology. A basic system including Ethernet, RS232, GPIO IP cores is constructed utilizing the BSB wizard tool. Then DDC customized IP core is attached to the OPB bus, importing to the basic system. We carry on IP parameter modification, editor the UCF file, and generate hardware bit stream to complete the system's microprocessor hardware design. In conclusion, the paper introduces the system software development environment, gives the procedures flow of the system, discusses the test method and proposes the research direction in the further.
引文
[1]李学华,何建新等.天气雷达中频数据采集系统设计[J].北京:微计算机信息,2008(24),90-92
[2]王伟.基于PCI总线的中频数字化接收机实现研究[硕士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006
[3]李茂.基于PCI接口的数字中频接收机优化设计[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2007
[4]朱芳,田建生等.基于PCI总线的FPGA+双DSP结构信号处理系统[J].计算机测量与控制,2006,14(11)
[5]杨晓慧,杨永健.基于FPGA的EDA/SOPC技术与VHDL[M].北京:国防工业出版社,2007
[6]赵泽才.基于FPGA的SOC设计技术研究[硕士学位论文].长沙:国防科技大学,2006,9-10
[7]张春生.面向SOC的IP核设计与IP复用技术研究[硕士学位论文]长沙:国防科技大学,2006,5-6
[8]张泉.可重用设计方法研究[J].重庆:重庆工学院学报,2005(3),39-40
[9]潘松,黄继业等.SOPC技术实用教程[M].北京:清华大学出版社,2005,3-4
[10]孙恺,王苗田.嵌入式CPU软核综述[J].计算机工程,2006(32)7,6-9
[11]MicroBlaze Processor Reference Guide Embedded Development Kit EDK 9.li,Xilinx 2007
[12]Embedded System Tools Reference Manual Embedded Development Kit,Xilinx EDK 9.li,2007
[13]Platform Specification Format Reference Manual Embedded Development Kit Xilinx EDK 9.li,2007
[14]Getting Started with Xilinx EDK 9.li,2007
[15]OPB Usage in Xilinx FPGAs,2005
[16]孟宪元,钱伟康.FPGA嵌入式系统设计[M].北京:电子工业出版社,2007
[17]Spartan-3E FPGA Family:Complete Data Sheet,Xilinx Company,2005
[18]XAPP058:利用嵌入式微控制器实现Xilinx在系统编程,Xilinx 2007
[19]AS2830 datasheet:3A Low Dropout Voltage Regulator Adjustable & Fixed Output,Fast Response,2000
[20]AD6644 Datasheet:14-Bit,40 MSPS/65 MSPS Analog-to-Digital Converter,Analog Device,2007
[21]林晨,宁百齐.A/D转换器AD6644在软件无线电中的应用[J].国外电子元器件,2002(10),54-56
[22]刘书明,刘斌.高性能模数与数模转换器件[M].西安:电子科技大学出版社,2000
[23]代华山.基于FPGA的雷达数字化中频接收技术研究及实现[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2005
[24]岳建梅.基于软件无线电中频信号处理平台的设计[硕士学位论文].北京:中科院研究生院,2006
[25]包向阳.雷达中频数字接收机的研制[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2003
[26]刘韬,楼兴华.FPGA数字电子系统设计与开发导航实例[M].北京:人民邮电出版社,2005,366-370
[27]高跃清,黄进燕等.高速高精度数据采样系统设计与测试[J].无线电工程,2006(36)8,25-27
[28]张燕,冯永新.基于MicroBlaze系统的AD数据采样与实现[J].电子技术,2007(7,8),96-99
[29]DM9000A Ethernet Controller with General Processor Interface Data sheet,DAVICOM Semiconductor,2005
[30]童子权,商婷婷.Nios内核技术在以太网通信的应用[J].工业控制计算机,2008(21)32-33
[31]郑琦,郑瑜.基于SOPC的Internet远程控制系统[J].中国水运,2007(8)5,159-160
[32]孙静,朱继萍等.嵌入式以太网通讯模块的设计[J].西安文理学院学报自然科学版,2007(10)
[33]刘永峰,邹逢兴.嵌入式系统的网络接口模块设计[J].兵工自动化,2006(25)2,49-51
[34]韩超,王可人.基于DM9000的嵌入式系统的网络接口设计与实现[J].工业控制计算机,2007(20)4,17-18
[35]骆晨,郭盖华.写字楼宇环境监测系统的设计[J].无线电工程,2007(37)1,4-5
[36]杨小牛,楼才义等.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001
[37]吴利民,薛峰,吴宁生.软件无线电技术及其应用[M].武汉:武汉大学出版社,2000
[38]张建军.软件无线电数字化中频接收机设计与实现[硕士学位论文].南京:南京信息工程大学,2007
[39]曹志刚,钱亚生.现代通信原理[M]北京:清华大学出版社,2000
[40]张睿,李维英等.带通采样技术在软件接收机中的应用[J].西安:西安电子科技大学学报,2000(3),326-329
[41]马永奎,张中兆.带通采样技术在软件无线电中的应用研究[J].无线电工程,2002(10),17-19
[42]张建军.高速高精度雷达中频数字化技术研究[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2003
[43]田耘.FPGA开发实用教程[J].北京:北京邮电大学信息工程学院,2008
[44]张斌,何子述.DDC中的抽取滤波器设计及FPGA实现[J].信息技术与信息化,2006(4)
[45]James Tsuiz著,杨小牛,陆安南等译.宽带数字接收机[M].北京:电子工业出版社,2002
[46]R.E.克劳切,L.R.拉宾纳.多采样率数字信号处理[M].北京:人民邮电出版社,1998
[47]Me.ill I.Skolnik著,王军,林强等译.雷达手册[M].北京:电子工业出版社,2003
[48]彭国胜.基于ARM和以太网的振动信号采集器设计[J].电力自动化,2007(27)1,87-89
[49]DM9000A原理及其与基带信号处理平台的结合应用[J].国外电子元器件,2007(4), 53-56
[50]王磊.基于MicroBlaze软核的FPGA片上系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2007(7),52-54
[51]李昌俊.基于SOPC的视频采集系统设计[J].电子元器件应用,2008(10)1,32-35
[52]黄志强,潘天保等.Xilinx可编程逻辑器件的应用与设计[M].机械工业出版社,2007
[53]周金玲,范冰冰等.基于WinPcap的网络协议实验的仿真实现[J].计算机应用与软件,2007(24)9,218-221
[2]王伟.基于PCI总线的中频数字化接收机实现研究[硕士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006
[3]李茂.基于PCI接口的数字中频接收机优化设计[硕士学位论文].成都:电子科技大学,2007
[4]朱芳,田建生等.基于PCI总线的FPGA+双DSP结构信号处理系统[J].计算机测量与控制,2006,14(11)
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[40]张睿,李维英等.带通采样技术在软件接收机中的应用[J].西安:西安电子科技大学学报,2000(3),326-329
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[50]王磊.基于MicroBlaze软核的FPGA片上系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2007(7),52-54
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[52]黄志强,潘天保等.Xilinx可编程逻辑器件的应用与设计[M].机械工业出版社,2007
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