基于SCA架构的SoPC设计与实现

论文摘要

软件无线电(SDR)是无线通信领域的新技术,它采用数字信号处理技术,在可编程控制的通用硬件平台上,利用软件来定义无线通信系统的各模块功能,具有高度开放性、通用性和可扩展性。软件通信体系结构(SCA)为软件无线电的实现提供了一套标准的,开放的结构规范,保证了软件无线电系统硬件设备的通用性以及整个系统的开放性和可扩展性,为软件无线电波形的动态部署和重构,以及波形组件的模块化设计、移植和复用提供了详细的规范。基于SCA规范,美军的JTRS计划开发了一系列兼容多种通信波形的软件无线电台,实现了美军各兵种战术通信电台的互连,互通,互操作,这为我军发展小型化战术无线通信系统提供了参考。由于机动作战和战场环境的需要,战术通信装备对体积和功耗都有严格的要求。为了在背负式和手持式通信终端中实现软件无线电通信,论文采用SoPC软硬件协同设计方法,在Xilinx ML507开发板上构建了一个基于SCA架构的SoPC系统。系统以嵌入式处理器PowerPC为核心,通过定制IP核,设计基于IPIF的可重配置模块,构建了SoPC系统的硬件平台。然后,根据SCA规范,通过移植Linux操作系统、CORBA中间件和小型化SCA核心框架,为波形应用的运行搭建了一个开放式的软件平台。为了实现FPGA波形组件和PowerPC的CORBA通信,本文在PLB总线上实现了CORBA可插拔协议,通过封装ORB引擎,来完成CORBA报文的解析和封装。对FPGA波形组件进行标准的OCP接口封装,有利于FPGA波形组件的模块化设计和动态重配置。最后,搭建了一个多波形集成应用测试验证系统,通过动态部署和加载软件波形组件,重配置硬件波形组件,实现了波形应用的动态重构,验证了系统设计的正确性和可靠性。论文基于SCA架构,实现了一种体积小,功耗低,功能灵活,支持软硬件波形可重构的小型化软件无线电通信平台。为军用战术无线电台和民用通信终端的设计和实现提供了一种创新性的解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基于SCA 架构的SoPC 研究现状
• 1.2.2 动态部分重配置研究现状
• 1.2.3 FPGA 上ORB 引擎研究现状
• 1.3 论文的主要工作及结构安排
• 第二章 基于SCA架构的SoPC设计
• 2.1 SCA 概述
• 2.2 SoPC 软硬件协同设计
• 2.3 基于SCA 架构的SoPC 设计方案
• 2.3.1 SoPC 的硬件体系架构
• 2.3.2 SoPC 的软件体系架构
• 2.4 小型化SCA 核心框架设计
• 2.4.1 SCA 核心框架接口设计
• 2.4.2 域描述文件
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于SCA架构的部分重配置系统设计
• 3.1 动态部分重配置技术
• 3.2 ICAP 重配置端口
• 3.3 基于IPIF 的重配置模块设计
• 3.3.1 PLB IPIF 模块
• 3.3.2 重配置模块的设计
• 3.4 动态部分重配置的实现
• 3.4.1 重配置系统的顶层设计
• 3.4.2 划分重配置区域
• 3.4.3 配置比特文件的生成
• 3.4.4 重配置的执行
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于SCA架构的SoPC中CORBA通信实现
• 4.1 CORBA 通信机制
• 4.2 CORBA 在SCA 中的应用
• 4.3 FPGA 上ORB 引擎的设计与实现
• 4.3.1 CORBA 报文的解析
• 4.3.2 CORBA 报文的封装
• 4.3.3 波形组件的OCP 接口封装
• 4.4 PLB 总线上CORBA 可插拔协议设计与实现
• 4.4.1 支持PLB 总线的CORBA 通信实现
• 4.4.2 ORB 引擎的Linux 驱动设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于SCA架构的SoPC测试验证
• 5.1 多波形集成应用测试验证系统
• 5.2 搭建测试验证系统硬件平台
• 5.2.1 用EDK 搭建测试验证系统硬件平台
• 5.2.2 设备树文件分析
• 5.3 搭建测试验证系统软件平台
• 5.3.1 移植Linux 操作系统
• 5.3.2 移植CORBA 中间件ACE/TAO
• 5.3.3 移植SCA 核心框架
• 5.3.4 编写Makefile 模板编译工程
• 5.4 软件波形组件的测试验证
• 5.5 硬件波形组件的测试验证
• 5.6 系统性能分析
• 5.7 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 缩略词