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结合FPGA和DSP两种芯片优势的欧冠赛程2020赛程表-首页物位计的系统介绍

作者: 来源: 发布时间:2020-12-16 09:08:19

摘要:基于FPGA和DSP芯片相结合的方式,设计了一种基于高性能数字信号处理器的欧冠赛程2020赛程表-首页回波信号处理系统。该系统通过对欧冠赛程2020赛程表-首页的回波信号进行实时计算以得出被测物的实际距离。系统结合了FPGA和DSP两种芯片各自的优势,极大地提高了系统数据处理的能力,以实现实时准确的物位测量。

 
引言
伴随着数字技术的进步,欧冠赛程2020赛程表-首页测距技术在近年也得到了快速成长。与此同时,实际应用中对于欧冠赛程2020赛程表-首页测距技术的性能和精度要求也在不竭提高。欧冠赛程2020赛程表-首页物位计的信号处理遍及采用数字信号处理的方法,操作诸如DSP、FPGA等高速信号处理芯片,可使欧冠赛程2020赛程表-首页信号处理能力得到大幅提升。传统的欧冠赛程2020赛程表-首页物位计采用DSP芯片来处理和控制信号,这种方法已经在欧冠赛程2020赛程表-首页技术领域得到了广泛的应用[1]。本文主要介绍一种结合了DSP芯片和FPGA芯片各自优势的欧冠赛程2020赛程表-首页物位计信号处理方法。主要采用的是DSP芯片TMS320F28>5和XILINX欧冠赛程2020赛程表-首页的Virtex-4系列的FPGA芯片,通过灵活的配置,充实操作了两块芯片的内部资源,兼顾了灵活性和速度,大大提高了欧冠赛程2020赛程表-首页物位系统的性能。
 
1处理器介绍
FPGA芯片使用的是XILINX的Virtex-4芯片。该芯片的主频可达到500MHz,非常适合高速数据处理应用。它的基本组成是一个四通道LUT、一个触发器、一个功能扩展器(MUXF)以及一个算法单元(MULT_AND)。在RAM工作模式下,该芯片的LUT可用作一个十六位的存储单元或者一个十六位的移位寄存器[2]。本设计选用的DSP芯片是TMS320C6416。该芯片是zui新一代的高性能DSP芯片,其核心频率高达600MHz,zui高处理能力为4800MIPS,软件能够与C6X系列实现完全兼容,其内核有6个ALU(32/40bit),每个时钟周期可以执行8条指令[2]。相较于C6X系列的其他芯片,TMS32OC6416有着诸多显著区别,其数据处理能力的大幅提升,达到了4800MPIS,是早期C6201芯片处理能力的3倍,执行1024点复数FFT的速度比C6201快了大约6倍[1]。2FPGA+DSP信号处理系统的优势由于FPGA和DSP各有优势,因此两者之间可以彼此配置。通常情况下,DSP作为系统的主控制器。FPGA上电后由DSP来完成配置。在系统运行过程中,DSP作为主控制芯片,在必要时可以对FPGA进行重新配置。
 
虽然从整体成本角度考虑,单芯片系统是zui优的设计方案,但是假如采用单芯片,无论是FPGA还是DSP,城市使设计开发的难度大幅提升。采用FPGA+DSP的设计方案虽然材料成本高于单芯片方案,但是系统的设计开发难度和时间都优于前者。因此,降低了系统开发的技术风险,是一种在材料成本和开发成本两者之间的折中选择。
 
 
3设计方案和主要组成部门
3.1系统的方案设计
本文设计的欧冠赛程2020赛程表-首页物位计的信号处理系统的组成主要包罗AD采样部门、可编程FPGA部门和DSP信号处理部门。该系统的设计采样频率可达10MHz,并且集数据采集信号与处理于一体,可实现实时触发、延迟触发和超前触发三种触发模式。本系统主要应用于较小型的欧冠赛程2020赛程表-首页物位测量设备,小型欧冠赛程2020赛程表-首页系统主要通过对激光回波信号的快速捕捉与检测,计算出欧冠赛程2020赛程表-首页物位计天线与被测物体的实时距离。具体系统框图如图1所示。
系统的原理框图
模拟量转换前端设计在本设计电路中,用于放大、衰减信号和匹配阻抗,这样输入信号即可满足ADC的要求。DSP的特点是它具有非常快速的信号处理速度,单DSP的输入仅限数字信号形式,所以需要先通过9841高速A/D转换器对模拟信号进行转换。转换器的工作模式设定为双通道数字输出模式,9841具有相应的功能选择[3]。从双通道输出的数据和动态比力器会首先锁存差分时钟,这样,之前采样转换后得到的数据频率变成本来的1/2。之后缓存到FIFO中,当缓存满时,FIFO会向DSP申请中止,DSP响应申请,通过组数据传输对数据进行读取并存储到内存中以便实时处理。FPGA在系统傍边就是各个子功能模块的集成,诸如锁存、时序、控制部门等功能因此得以集中。对于不同系统的不同功能需求,可以对功能块进行参数修改、整体应用,这是FPGA功能块移植性好的长处。由于高速数模转换器的工作状况需要一按时间才能进入不变状况,其工作状况一旦经常改变就会影响成果的精度,因此常规系统的数模转换器在高速系统中并不适用。本设计采用的是选通采样,即同步命令控制FIFO写入端,决定其是否可以写入,以此达到对采样数据进行取舍的目的。在应用过程中,当激光脉冲信号产生,一直处于工作状况的数模转换器和时钟电路,选通门同步打开,准许向FIFO写入,等待FIFO缓存满则禁止继续写入,直到下一个脉冲到来,在每一次脉冲到来的周期内都反复一次,这样就完成了选通采样,选通门内的信号即回波信号。这种选通采样对于提升系统不变性、降低干扰的效果明显。
 
3.2FPGA模块的工作原理及布局设计
FPGA具有极快的运算速度,IO延时小,因其处理数据是通过硬件来实现的。但是由于FPGA自身组成的特点,FPGA在做混合运算、大量的复杂运算以及浮点运算时,与DSP比力却相形见绌。为充实操作DSP在软件编程上的高灵活性和FPGA在硬件编程上的高效形,本设计将两种方式结合,实现优势互补。FPGA在系统中的主要作用是打包数采数据形成帧格式,产生系统全部时序以及控制逻辑。设计中所有的时序和控制逻辑统一由FPGA产生,读取数据波形并发送至DAC进行转换,然后操作锯齿波调制电压来控制VCO的电压调制端口,使得VCO输出频率为24.2~25.2GHz的线性调频信号[2]。系统中对于采集到的数据的存储、处理和系统工作时序,均由FPGA来完成。在小型高速数采系统中,操作FPGA的强大缓存功能以及更简化的布线,可以使得整个电路系统模块清楚、简化、高效。FPGA模块的布局框图如图2所示。数模采样结束后,数据经锁存器锁存,FIFO对其进行缓存输出。
FPGA工作原理框图
仿真工具选择ISE自带的仿真软件,设置输入输出信号,完成仿真如图3所示。3.3DSP模块的工作原理该系统的实时控制主要由DSP来完成。为了使信号处理速度进一步提升,应对程序进行进一步优化。选择DSP作为主控芯片时需要充实考虑运算速率和总线位宽的需求。DSP的尺度工作流程是,首先初始化,在收到触发信号后,数据采集模块最先工作,然后进入等待状况。此时FPGA最先数据采集,当FIFO写满后,DSP接收到FIFOfull中止信号,住手FIFO写入,同时DSP最先读取FIFO中的数据,并对读取数据进行计算处理。
 
4数据处理
数据处理时首先要通过数字式相消器按捺地物杂波,然后再通过快门限恒虚警处理得到门限电压,zui后对超过门限电压的采样点进行比力,选择出量值zui高的采样点并对该采样点位置的欧冠赛程2020赛程表-首页物位计回波信号中包含的频率信息进行提取,从而计算出目标距离[4]。系统采集到的差拍信号经数模转换后输出数字信号,该数字信号先缓存在FPGA的外部扩展存储器中,当采集满1024点后,运行一次快速傅里叶变换运算,此运算由FPGA完成。得到频率后经计算得出测量距离。
 
在实际应用中可以按照需要进行设置,当被测物的距离小于某一阈值时,系统会主动发出报警信号。为了降低信号干扰,本设计还结合了数字FIR滤波办法。
 
5结语
本系统充实操作了可编程逻辑控制器件FPGA和数字信号处理器DSP的高速、可编程、计算能力强、数据处理速度快的优势,快速地完成了对欧冠赛程2020赛程表-首页物位计回波信号的数据实时处理,实时提取出欧冠赛程2020赛程表-首页回波信号中包含的频率信息,并计算出目标物体的距离,实现了欧冠赛程2020赛程表-首页物位计系统的高效高性能。

 

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