ARM处理器和FPGA在数据传输中的应用与研究

摘要

随着对高处理能力、网络通信、实时多任务,超低功耗这些需求的增长,传统8位处理器已经不能满足新产品的要求了,高端嵌入式处理器已经得到了普遍的重视和应用.ARM是目前嵌入式领域应用最广泛的RISC微处理器结构,该文研究了基于ARM处理器的嵌入式系统的开发,介绍了利用一款ARM微处理器和FPGA设计的四路E1中继板卡的硬件结构和工作原理,并在这个硬件平台上进行软件开发的过程.该四路E1收发器能够提供四条E1链路,把带宽从2Mbps提高到8Mbps,能够同时负载120个用户的通信,解决了数字环路系统中卡槽数目限制的问题.目前,建立在G. 703基础上的El接口在分组网、帧中继网、GSM移动基站及军事通信中得到广泛的应用,传送语音信号、数据、图像等业务.文中首先分析了当前数字环路系统的发展现状和趋势,随着网络通信的用户数目及信息量的猛增,拓宽数据传输的通道是一项研究热点,这是开发四路E1收发器的一个目的.接着叙述了数字环路系统的结构和工作原理,即四路E1收发器的应用环境,着重介绍了四路E1板卡在整个系统中所扮演的角色和嵌入式处理器ARM的体系结构和特点,鉴于数据传输中对时钟的要求比较严格,该文还介绍了FPGA技术,应用它主要是为系统提供各个精确的时钟.然后,在分析了四路E1收发器的工作原理和比较了各类处理器特点的基础上,提出了四路E1收发器的硬件设计,分别介绍了时钟模块、系统接口电路、存储系统模块、四通道E1合成器模块、CPU模块以及时隙交换模块.接着,在研究分析了G.703和G.704等通信协议后,再根据系统要求提出了四路E1收发器的软件设计.先介绍了实时操作系统RTXC,详细阐述了ARM处理器启动代码程序的设计,然后给出了在此操作系统下软件设计的整体结构,分四个任务分别阐述此软件功能,其中详细介绍了信令处理模块、接口中断处理模块、系统运行监测模块和RC消息LC消息处理模块.最后介绍了软件和硬件的调试方法以及设计过程中的调试开发过程,整个系统设计完成后,经过反复调试、测验已达到了预期的效果,现正投入使用中.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1课题目的和意义

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.3课题涉及的基本原理

1.3.1 PCM传输理论

1.3.2时分多路复用机制

1.3.3时隙交换原理

第二章微处理器ARM

2.1微处理器和ARM

2.2 ARM内核系列

2.2.1 ARM7TDMI

2.2.2 ARM9TDMI

2.2.4 ARM10E

2.3 ARM7TDMI内核

2.3.1 ARM7TDMI内核的基本特性

2.3.2 ARM7TDMI内核指令集简介

2.3.3支持ARM7TDMI内核的开发工具及开发环境

2.4处理器S3C4510B概述

2.4.1系统管理

2.4.2通用串口

2.4.3中断处理

2.4.4通用输入输出口

第三章FPGA与EDA技术

3.1 FPGA技术概述

3.2 FPGA的结构

3.3可编程逻辑器件开发平台

第四章四路E1收发器硬件电路设计

4.1串口模块

4.2 JTAG调试模块

4.3存储模块

4.4时隙交换模块

4.5帧合成器模块

4.6保护电路模块

4.7时钟模块

第五章四路E1收发器软件设计

5.1实时操作系统RTXC概述

5.1.1 RTXC系统结构

5.1.2任务调度机制

5.1.3定时器管理机制

5.1.4中断处理机制

5.2软件系统设计

5.2.1启动代码的设计

5.2.2应用程序的设计

第六章系统调试

6.1系统调试概述

6.1.1系统调试的相关概念

6.1.2与目标系统连接接口

6.1.3调试的系统

6.1.4 Multi-ICE仿真器

6.2系统测试以及测试结果

6.2.1硬件测试及其结果

6.2.2软件测试及其结果

6.2.3整体测试及其结果

第七章总结与展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文