基于多核DSP和FPGA的测距仪数字信号处理平台设计

摘要

测距仪数字信号处理平台是长基线定位系统的一部分，用于实现信号的检测和定位测距。本文设计的测距仪数字信号处理平台基于TI多核DSP TMS320C6674和Altera Cyclone IV GX系列FPGA，包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要实现以多核DSP为核心的多核DSP板卡和以FPGA为核心的信号采集板卡以及背板的电路设计。软件设计实现的功能是FPGA板卡采集数据，通过PCIE总线传输数据到多核DSP板卡，在多核DSP板卡上完成多通道信号的相关检测。
　　本文首先完成测距仪数字信号处理平台的硬件设计。对于多核DSP板卡阐述了多核DSP的最小系统设计方法，包括供电、时钟、JTAG、存储器和板级管理器等设计，并结合PCIE总线的特性使用AMC接口设计了板间通信接口。对于FPGA板卡介绍了FPGA的最小系统和AD采集电路等设计，对于背板给出了背板的电路设计方法。
　　然后完成FPGA信号采集板卡和多核DSP信号处理板卡的软件设计。在FPGA中编写AD控制程序实现数据采集，搭建Qsys模块设计PCIE总线的EP端向DSP发送数据。在多核DSP的核0中设计PCIE总线的RC端接收数据，使用IPC核间通信模块实现信号在核0和核1之间的传输，搭建SYS/BIOS系统实现任务的调度并在核1中完成信号的检测。
　　最后将FPGA板卡和多核DSP板卡插入背板中测试板间PCIE的通信速率和系统的运行情况。经过实际测试和系统联调，测距仪数字信号处理平台工作稳定，可以实时完成单核十通道信号相关检测任务并且可扩展性高，为后期对相关检测算法的升级和通道扩展提供条件。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景和意义

1．2水声定位系统国内外发展现状

1．3数字信号处理器性能对比

1．4论文的主要研究内容

第2章测距仪数字信号处理平台硬件设计

2．1硬件系统设计论证及总体设计

2．1．1硬件系统设计需求

2．1．2硬件系统芯片选型

2．1．3硬件系统总体设计

2．2多核DSP平台硬件设计

2．2．1多核DSP平台总体设计

2．2．2电源和时钟设计

2．2．3板级管理器设计

2．2．4 JTAG调试接口设计

2．2．5存储器和板间通信接口设计

2．3 FPGA信号采集平台设计

2．3．1 FPGA板总体设计

2．3．2 FPGA最小系统设计

2．3．3 AD采集电路设计

2．4测距仪背板硬件设计

2．5本章小结

第3章测距仪FPGA板软件设计

3．1 FPGA软件设计概述

3．2 FPGAAD采集软件设计

3．3 FPGA PCIE软件设计

3．3．1 PCIE通信协议概述

3．3．2 PCIE总线原理

3．3．3 FPGA PCIE通信模块设计

3．4本章小结

第4章测距仪多核DSP软件设计

4．1多核DSP软件设计概述

4．2多核DSP PCIE软件设计

4．2．1多核DSP PCIE软件工作流程

4．2．2 DSP PCIE软件模块实现

4．3多核DSP核间通信软件设计

4．3．1核间通信IPC概述

4．3．2核间通信程序设计

4．4多核DSP相关检测软件设计

4．4．1 SYS／BIOS系统搭建

4．4．2相关检测算法软件设计

4．5多核DSP BOOT

4．6本章小结

第5章测距仪硬件调试及系统联调

5．1多核DSP板卡硬件调试

5．1．1电源和时钟和BMC测试

5．1．2 DSP核测试

5．2 FPGA板卡硬件调试

5．2．1 FPGA最小系统测试

5．2．2 AD采集电路测试

5．3系统联调

5．3．1 PCIE通信测试

5．3．2 PCIE通信速率测试

5．3．3系统联合测试

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录