3、基于DSP和FPGA的6U CPCI无线通信处理平台 高速软件无线电 图像处理数传系统

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基于DSP和FPGA的6U CPCI无线通信处理平台 高速软件无线电 图像处理数传系统

一、简介 　　软件无线电的产生原因与海湾战争有关，当时以美国为首的多国部队中使用了多种不同制式的通讯设备，因而造成了互相通讯的困难。之后在1992年5月Jeo Mitola在美国通信系统会议上首次提出“软件无线电”的概念。其基本思想是使所有使用战术电台都基于同一个硬件平台，安装不同的软件来组成不同类型的电台，完成不同性质的功能。因此它具有软件可编程能力。这个概念很快就在世界各国引起了注意，这是因为现在军事通信对无线电通信系统的可靠性、互通性、灵活性以及抗干扰、抗毁性、保密、安全等都有更高的要求。美国军方与Hazcltine公司研制了一种名为“speakeasy”(易通话)软件无线电台，实现了美军通用的多频段、多功能的无线电平台，能兼容军队现有的各种电台，能同时处理4种以上不同的调制波形。这种电台可以称得上是种带有天线的、能进行话音和数据传输的“掌上电脑”。通信的业务包括话音、数据和视频图像等。 　　目前软件无线电在民用领域日益受到重视，主要原因是现行通信系统技术标准多种多样，各种技术标准和相应的系统间难以兼容，难以用统一的设备实现。而第三代移动通信系统目前仍存在着标准之争，如果采用软件无线电来适应不同标准，不失为一种可行之道。另一方面，通信技术发展十分迅速，旧的系统不断改进，新的系统迅速涌现，人们需要一种比彻底淘汰旧设备更为经济的系统升级方法，而软件无线电的可编程性则较好地适应了这一需求。 　　软件无线电是指一种基于可编程的，具有一定灵活性的高速信号处理平台。处理平台上的设备都可以进行重新配置，将通用化、模块化、标准化的算法单元用软件方式实现，根据系统的实际需要，在软件中添加各种不同算法，可以完成特定的功能，因而可以跨越多种通讯标准。当需要从一种标准切换至另一种标准时，处理器能够动态的在软件的主要部分切换。 　　二、软件无线电的关键技术 　　1、多频段落转换与宽带射频 　　对于软件无线电系统的天线，应具有多频段的天线和可编程控制的射频转换功能，在满足天线增益、物理尺寸及价格等方面的基础上，具备有2MHz-3MHz的工作带宽。在无线电工程中没有必要覆盖全频段，而只需覆盖不同频段的几个窗口，因此可采用组合式多频段天线，美国军方的speakeasy就是采用了多套RF天线的方案。对于宽带射频，进行调谐、能量控制、低噪声前置放大器(LNA)的配置也是一项关键技术，可以借助计算机辅助设计(CAD)进行系统的优化设计。 　　2、宽带A/D部分 　　决定宽带模数转换性能的关键是采样及位数。采样速率由信号宽带决定，而量化位数则要求满足一定的动态范围和DSP精度。因为现有的单片ADC无法满足这两点要求，可采用多个ADC并联的方式使用。 　　3、高速并行的DSP部分 　　在系统数字化处理运算中，难度最大的是上下变频、滤波和二次采样，在高速并行的DSP中包括数字基带处理、调制解调、比特流处理以及解码功能等。对于调频和扩频系统，该部分还应有解扩和解跳功能。要实现这一部分功能，就要采用高速并行的DSP组成多处理器的并行运算系统，包括要有更多的多址呼叫、更宽的程序总线和数据总线、单指令多数据、多指令多数据结构及采用超指令结构等，该部分可用专用数字集成电路芯片ASIC(例如美国Harris公司的DDC芯片HS P50016)来实现。 　　4、离开放性及扩展性的总路线结构 　　在传统的系统结构中，一般采用流水线形式，其特点是各功能单元之间用电路相连，若要增加删除或修改某一部分的功能，则与其相应的功能模块都要做出调整，因而该结构不具有开放性。为实现系统中各功能单元互联，组成一个开放的、可扩展的硬件平台，同时具有较高的数据吞吐率。软件无线电系统必须采取一种新的互联结构，其特点是实现比较简单，而且可直接应用多种总线标准(如VME,总线、PCI总线等)，目前国内外的一些机构正在研究具备上述特点的、基于总线的互联结构。 　　5、软件协议和标准 　　上个世纪90年代中后期以来，国外正在研究如何实现软件即插即用(Plug&amplay)，并提出基于。JAVA/CORBA的软件协议和标准。而基于“软件总线”的思想，就是建立一个基于标准、开放、易用的体系结构。所谓“软件总线”与常说的“硬件总线”相类似，是将应用模块按标准做成总线，插入总线就可实现组合式运行，从而支持分布式的计算环境。这种设计思想与软件系统中软件的可重用性是一致的。 　　6、系统的功耗、体积和成本 　　这是软件无线电实现商业化的关键，它的解决很大程度上依赖于硬件工艺水平的发展。 　　软件无线电的是实现框图如下：                                 登录/注册后可看大图 　　三、本公司的板卡 　　本公司采用了一种通用的软件无线电平台，该平台以高性能DSP为数据处理核心，利用高速串行接口进行数据调度，结合外围的FPGA和高速A/D、D/A，可应用于多种制式的无线通讯系统，同时也可以在其中经行数字图像数字处理。                                 登录/注册后可看大图 　　                                 登录/注册后可看大图                                 登录/注册后可看大图 1、 板卡概述 　　本板卡由我公司自主研发，基于CPCI架构，符合PICMG2.0 D3.0标准，包含双TI TMS320C6455、Xilinx FPGA XC5VSX95T-1FF1136C。包括PCI和2个千兆以太网口；FPGA输出的接口包括2路 AD、2路DA、2个SFP光纤，4路RS232，1套音频接口，1个1PPS信号。电路用于软件无线电系统，基带信号处理，无线仿真平台，高速图像采集、处理等。                                 登录/注册后可看大图 2、处理板技术指标 　　 一、 DSP芯片部分 　　　　 1) DSP时钟主频1GHz，支持1.2GHz 　　　　 2) 内存总线独立， 板载 DDR2-500 512MB 　　　　 3) PCI接口支持Master和Slave，32bit/33MHz或者32bit/66MHz。 　　　　 4) 双DSP与FPGA采用EMIF和Mcbps连接，EMIF支持16bit、32bit、64bit宽度，速度100MHz。 　　　　 5) 支持32MB-128MB Nor Flash 　　　　 6) 支持千兆网络接口 　　　　 7) 两片C6455之间通过RapidIO的方式耦合在一起，之间双向传输速率可达10Gbps。 　　 二、FPGA芯片部分 　　　　 FPGA采用 Xilinx新一代高端V5系列芯片，选择型号为：XC5VSX95T-1FF1136C，XC5VSX95T 具有逻辑模块160 x 54 最大RAM模块1,120Kb，DSP48E? 64个，CMT时钟管理6个 RocketIO GTP 16个，总IObank 20个，最大使用IO数680个。 　　　　 1) 外接DDR2内存条，可支持到最大4GB。 　　　　 2) 2路AD输入，器件采用ADS62P49，，最大采样率支持250MSPS，为14bit数据。?输入信号幅值1V，50欧姆，物理接口为 SMA。 　　　　 3) 2路DAC输出，器件采用AD9777，转换率为160MHz，为16bit数据。输出信号幅值1V，50欧姆，物理接口为SMA。 　　　　 4) 支持4路UART接口。 　　　　 5) 支持音频Codec接口，Line、MIC输入，Line、Phone立体声输出。 　　　　 6) 1pps秒脉冲输入功能，接口为SMA 。 　　　　 7) 外部参考时钟输入功能，接口为SMA。 　　　　 8) 外部事件触发输入功能，接口为SMA。 　　　　 9) 拨码输入/ LED灯指示。 　　　　 10) FPGA下载支持从串模式（slave serial）和从并模式（slave selectMAP）。 　　三、整板 复位功能、电源指示，电源热插拔管理。 3、软件功能： 　　 1) 支持PCI驱动，Window Driver，支持板卡 master EDMA 中断操作。 　　 2) 支持千兆网络传输，移植LWIP协议栈，支持ping，TCP、UDP、IP传输协议。 　　 3) 支持Flash 、PCI Boot引导方式 　　 4) 支持RapidIO X1 X4 EDMA 中断 数据传输。 　　 5) FPGA 完整的 DDR2控制、USB、RS232、1pps GPS 数据收发传输。 　　 6) FPGA Rocket 光纤数据传输测试程序。 　　 7) DSP与FPGA的EMIF口 EDMA，同步中断传输，测试速率在200MB/s以上。 　　 8) 支持FPGA程序采用 Flash、DSP引导加载。 　　 9) AD DA 数据的读写 配置参考程序。 4、物理特性： 　　 尺寸：6U CPCI板卡，大小为160X233.35mm。 　　 储存温度：-20℃～ +70℃ 　　 工作温度：0℃～ +55℃ ，支持工业级 -20℃～ +55℃ 　　 工作湿度：10%～80% 5、供电要求: 　　 双直流电源供电。整板功耗 20W。 　　 电压：+5V 2A ，+3.3V 3A。 　　 纹波：≤10% 6、应用领域　　雷达、软件无线电、图像数据采集、广播电视等 四、Introduction 1. Overview The board is based on CPCI architecture, meets PICMG2.0 D3.0 standard, and contains dual-TI TMS320C6455, Xilinx FPGA XC5VSX95T-1FF1136C.It has the PCI and 2 Gigabit Ethernet interfaces; FPGA output interfaces contain 2-way AD, 2-Way DA, 2 SFP-optical outputs, one set of RS2321 audio interface, a 1PPS signal. The circuit is used for software radio systems, baseband signal processing, wireless simulation platform, high-speed image acquisition, processing and so on. 2. Processing Board Performance 　　 A. The DSP Part 　　　　 1. DSP at 1GHz, 1.2GHz support 　　　　 2. Independent memory bus, 512MB DDR2-500 memory 　　　　 3. Master and Slave PCI Interface support, 32bit/33MHz or 32bit/66MHz 　　　　 4. Dual DSP and FPGA to connect with EMIF and Mcbps, EMIF 16bit, 32bit, 64bit width support, speed 100MHz 　　　　 5. 32MB-128MB Nor Flash support 　　　　 6. Gigabit Ethernet interface support 　　　　 7. The two C6455 DSPs are coupled together by way of RapidIO, two-way transmission rates up to 10Gbps. 　　 B. FPGA Part 　　　　 Using a new generation of high-end Xilinx V5 FPGA chips, model: XC5VSX95T-1FF1136C, XC5VSX95T with logical module 160 x 54, maximum RAM module 1,120 Kb. 640 DSP48E, 6 CMT clock managements, 16 RocketIO GTP, 20 IObanks in total, the maximum number of the IO is 680. 　　　　 1. External DDR2 memory, the maximum 4GB support. 　　　　 2. AD device: ADS62P49, 2 inputs, the maximum 250MSPS sample rate support, 14bit data. Input signal amplitude is 1V, 50 ohm, the physical interface for SMA. 　　　　 3. 2 Way DAC analog outputs, the conversion rate is 400MHz, the output signal amplitude is 1V, 50 ohm impedance, physical interface for SMA, J4, J5 back alignment support, 20 pairs divided into of 40 IO. 　　　　 4. 4-way UART Interface support 　　　　 5. Audio Codec Interface, Line/MIC input, Line/Phone stereo output support 　　　　 6. Function of 1pps second pulse input, the interface for SMA. 　　　　 7. Function of external reference clock input, the interface for the SMA 　　　　 8. Function of external event trigger input , compatible with +3.3 V +5 V level, the interface for the SMA 　　　　 9. DIP input / LED indicator light. 　　　　 10. FPGA download slave serial mode and slave selectMAP mode support. 　　 C. Function of reset the entire board. Power indicator, power hot swap management 3.Software Support 　　 1.PCI Driver, Windows Driver support, board master EDMA interrupt operation support. 　　 2. Gigabit Ethernet transmission, transplantation of LWIP protocol stack support. Ping, TCP, UDP and IP transport protocol support. 　　 3. Flash, PCI Boot Mode support 　　 4. RapidIO X1 X4 EDMA data transfer interruption support 　　 5. Complete FPGA DDR2 control, USB, RS232, 1pps GPS data transceiver transmission. 　　 6. FPGA Rocket fiber optic data transmission test program ? 　　 7. Synchronous interrupt transmission test rate of DSP and EMDA, the EMIF port of FPGA on rear board, is more than 200MB/s 　　 8. FPGA program Flash, DSP boot loader support 　　 9. Read and write AD DA, configuration data reference program 4. Physical Features: 　　 Size:6U CPCI board size:233×160×16(mm)。 　　 Storage temperature:-20℃～ +70℃ 　　 Operating temperatureL0℃～ +55℃, industrial -20℃～ +55℃ support 　　 Operating humidity:10%～80%5. Power requirements 　　 Dual DC power supply. The entire board power 20W 　　 Voltage:+5V 2A ,+3.3V 3A。 　　 Ripple: ≤10% 　　产品模式： 销售模式 名称 内容 价格 模式一 硬件平台+底层软件 硬件板卡一块， 板卡说明书一份 原理图pdf文档一份， 程序源代码 1 DSP底层程序（DDR2访问，Flash烧写，EMIF测试，以太网程序，PCI程序）。 2 FPGA程序：AD，DA 时钟配置程序，DDR2访问程序，光纤程序 3 客户端程序：客户端以太网收发，PCI驱动，PCI客户端程序 技术支持1年，北京培训2天。 价格一 模式二 硬件平台 硬件板卡一块，烧录好的DSP，FPGA程序，满足板卡功能验证，FPGA的管脚配置 ucf文件 价格二 模式三 基于硬件平台的修改 保留板卡80%以上的功能和布局，简单调整FPGA的接口内容 价格三 模式四 接口应用 基于固定的前板，利用前板J4 J5的80根IO，设计不同类型的接口后板。 价格四 　　软件测试流程                                 登录/注册后可看大图                                 登录/注册后可看大图                                 登录/注册后可看大图 　　五、应用场合 　　1、在FLEX高速寻呼系统的应用 　　例如随着用户的增加以及用户对寻呼业务要求的提高，目前被广泛使用的POCSAG寻呼编码协议已经不能满足寻呼发展的要求。无线电寻呼厂商和运营者在80年代末90年代初开始研究新的高速寻呼编码协议。现在已有的高速寻呼编码协议主要有APOC，FLEX，ERMES。经过大量的研究、分析、比较，我国确定中国电信全国高速无线寻呼网采用FLEX编码制式。FLEX高速寻呼协议采用4FSK(四电平频移键控)，是最新的通信技术，它要求高精度的发射机。而且，随着双向寻呼的出现，又需要寻呼发射机能够支持双向寻呼系统的信息发射。事实上，由于寻呼系统的高速发展，要求高速寻呼发射机不仅具有高精度，高可靠性，还应有很强的灵活性。采用软件无线电和 DSP技术设计的高速寻呼发射机就可以充分满足寻呼系统的要求。 　　2、软件无线电技术在3G及4G中的应用 　　当前，蜂窝移动通信系统已经发展到第三代。3G系统进入商业运行，一方面需要解决不同标准的系统间的兼容性；另一方面为了适应技术的飞速发展，3G无线通信系统要求具有高度的灵活性和扩展升级能力。软件无线电技术无疑是最好的解决方案。作为3G移动通信三大主要标准中的两个，WCDMA（宽带码分多址接入）和CDMA2000都采用码分多址接入方式，且具有信道带宽度、数据速率多样且支持高速率、不同业务采用信道编码不同等共同特性；同时，这两种标准之间在码片速率、信道带宽和信道选择码等方面也存在差异。为了解决这些方面的问题并提高系统容量，在3G中将采用的智能天线（Smart Antenna）技术、多用户检测（MUD）技术等，将使得软件无线电技术在3G系统中有着广发的应用空间。 　　3、软件无线电在数传电台中的应用 　　数传电台（data radio）是指借助DSP 技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数传电台的使用从最早的按键电码、电报、模拟电台加无线MODEM，发展到目前的数字电台和DSP、软件无线电；传输信号也从代码、低速数据（300～1200bps）到高速数据（N*64K～N*E1），可以传输包括遥控遥测数据、数字化语音、动态图像等业务。目前使用的数据传输电台，主要有模拟电台加MODEM、数字电台、网络图像电台等。 　　如在船舶、城市交通、出租车对讲系统、工业自动化控制、电力调度、水利工程监控、铁路采集信号传输、采油输油测控、油井水井计量、水情水文监测、气象资料传输、环保监测设备、仓储货柜管理、商场超市理货、林业防护设施、智能大厦、无线信标、江河航运、地质勘探、移动定位、军事训练、公安报警、医疗监护、遥控遥测等自动化控制领域。高速无线数传电台是一款借助DSP 技术和软件无线电技术实现的高性能专业数据传输电台，信道速率可达到bps。它允许用户构建专用的高速无线数据通信网。在该无线数据通信平台上，用户可以高速数据传输。

qingcaodi588

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yiyuan318

学习了，谢谢