一种基于FPGA/DSP的灵巧干扰平台设计与实现

　　该平台采用CPCI结构，主要由A／D，D／A转换及DDC，DUC模块、DSP信号处理模块、CPCI总线接口、FPGA高速数字传输、存储器、PCI桥模块、CPLD模块等几部分组成。主要特性如下：

　　(1)单通道14 b分辨率，150 MSPS采样率的高速带宽ADC AD9254。

　　(2)宽带数字正交下变频DDC芯片AD6636，支持抽取与滤波。

　　(3)单通道14 b分辨率，300 MSPS采样率的高速宽带 DAC AD9755。

　　(4)宽带数字正交上下变频DUC芯片GC5016，支持抽取与滤波。

　　(5)处理器之间(包括两片TMS320C6713DSP芯片与一片Xilinx Virtex 4FPGA芯片)实现了多种灵活的高速实时数据传输与交换通道。

　　(6)CPCI总线兼容PCI 2．2 64位／66 MHz，支持Master(DMA)／Target burst模式。

FPGA和DSP协同完成信号处理功能，这里重点说明其协同原理(见图3)。

　　FPGA与DSP主要通过共享EMIF总线上的存储空间进行数据交换。存储器包括：共128 MB的SDRAM，512 KB的SBSRAM，8 MB的非易失FLASH，它将大大提高数字信号的传输与处理速度。DSP外部总线EMIF各种存储器及设备资源分配如下：CE0(SDRAM)，CE1 (FLASH)，CE2(SRAM)，CE3(FPGA)。资源分配由FPGA和DSP依靠申请总线决定，因此可以通过重新编程加以修改。对于C671 3来说，EMIF总线为32位，时钟最高为100 MHz，因此总线的数据吞吐率最高为400 MB／s。为了提高总线效率，设计中FPGA与DSP都可以独立访问：EMIF总线上的存储空间，但不能同时访问。FPGA作为EMIF总线设备之一，与 SDRAM，SB-SRAM共享数据与地址总线。同时，FPGA也是EMIF总线主设备之一，与DSP共同管理EMIF总线。也就是说，FPGA也可以主动发起访问SDRAM，SBSRAM。因此，FPGA与DSP共享EMIF总线上所有的存储空间。在默认状态下，由DSP管理EMIF总线。FPGA通过使能HOLD控制线向DSP申请总线，DSP在处理完当前任务后，响应请求，以HOLDA控制线使能作为回应，并将自己所有EMIF管脚置为高阻。这时， FP-GA就可以接管EMIF总线，进行相应的操作。FPGA与DSP进行数据交换的另一种方式是通过HPI(主机口)。TM$320C6713的HPI 是一个16 b宽的并行端口。FPGA作为HPI主设备与DSP的HPI相连，掌管着该端口的主控权，通过HPI直接访问TMS320(26713的存储空间和外围设备。

2．2 平台软件设计

　　本设计中，FPGA不仅需要与 DSP 协同工作，完成对侦察信号的处理，同时负责对整个平台的控制。信号处理板上与FPGA通讯的接口有：AD／DDC接口、DA／DUC接口、DSP接口、RAM(SRAM／SDRAM)接口及CPCI接口。 FPGA要实现与这些接口的通讯，并协调各接口之间的工作时序，调度各接口之间的数据流向。

　　基于FPGA的控制软件主要完成以下功能：

　　(1)程序加载

　　程序加载分为FPGA的程序加载和DSP的程序加载。FPGA的程序加载是指通过PCI总线来给FPGA加载程序。其加载路径为：上位机→PCI总线 →FP-GA。DSP的程序加载是指通过HPI来给DSP加载信号处理程序。其加载路径为：上位机→PCI总线→FP-GA→HPI口→DSP。

　　(2) ADC (DDC)数据采集与存储

　　此过程是指FPGA把ADC(DDC)数据采集并保存在外部存储器(SDRAM或SRAM)中以备FPGA和DSP处理的过程。其数据流路径为：外部数据源→ADC→DDC(只进行ADC时DDC省略)→FPGA→SDRAM或SRAM。

　　(3)数据的DMA操作

　　DMA用于实现上位机对外部存储器(SDRAM或SRAM)的数据读写功能。DMA读的数据流路径是：外部存储器→FPGA→DMA→上位机→二进制文件。DMA发的数据流路径是：上位机→DMA→FPGA→SDRAM。

　　(4)配置DDC和DUC

　　此过程是把DDC和DUC配置文件通过FPGA配置到AD6636和GC5016中。其配置路径为：上位机→PCI总线→FPGA→DDC或DUC。

　　软件设计采用Verilog硬件描述语言和模块化设计，结构如图4所示。

　　图4中，reg_proc模块是软件控制的核心部分。通过定义内部寄存器接收上位机的控制字，给各模块发出控制信息；pci_infe是FPGA与PCI 总线的接口模块，实现平台与上位机的信号交互；FPGA通过HPI口对DSP的程序加载，由hpi_infe模块实现；adc_infe和 DAC infe实现数据的A／D输入和D／A输出功能；ddc_config和duc_config完成对DDC及DUC芯片的配置；ram_ctrl模块实现 FPGA对存储器的读写功能，包括SRAM和SDRAM的子模块程序。此外，程序还设计了时钟管理模块clk_manage，用于产生全局时钟及复位信号。