基于StarFabric总线的实时信号处理卡设计与实现

论文摘要

随着航空电子系统的任务量日益庞大,系统对信号处理的要求越来越高,其中包括大容量的数据、高度复杂的算法和实时运算速度。因此,基于高速传输总线技术的实时信号处理系统的研究、设计及实现对目前的航空电子系统的发展具有非常重要的现实意义。本文主要针对航空电子系统中多种机载传感器的实时信号处理而设计,其设计的关键是:实现高速的数据传输能力和强大的信号处理能力。为了实现这一目标,本设计采用基于StarFabric总线的分布式多DSP并行处理结构,通过采用StarFabric交换互联技术来解决板间大数据量通信,利用多个DSP并行处理来实现强信号处理能力。信号处理卡的完整设计流程包括方案设计、原理图设计、PCB设计、FPGA逻辑设计与调试、DSP底层程序开发与调试等。本文主要完成了以下工作:首先,本文完成了基于StarFabric总线的实时信号处理卡的原理图设计,主要包括DSP、FPGA、SDRAM、DPRAM、FLASH、CPCI接口电路、StarFabric接口电路、JTAG电路、电源电路以及时钟电路等。其次,本文利用TI公司的DSP集成开发环境CCS完成了信号处理卡的DSP底层程序设计与开发,并通过与综合化核心处理机(ICP)中的数据处理模块之间的通信且在FPGA逻辑的配合下完成了DSP底层程序的调试工作,实现了板内各DSP之间的全互连通信以及DSP与外部模块之间的两条通信链路。最后,本文在此信号处理卡上实现了合成孔径雷达RD成像算法,获得了成像结果,验证了本信号处理卡的软硬件设计的正确性和可行性。从实验结果可以看出,该信号处理卡能够满足当前一些信号处理对高速、实时处理的要求,可以广泛应用于实时信号处理领域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外发展动态
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展方向
• 1.3 论文主要工作与章节安排
• 第二章 系统模型
• 2.1 系统主要功能与技术要求
• 2.2 并行处理技术
• 2.2.1 处理单元的选择
• 2.2.2 并行处理机网络结构
• 2.2.3 任务分配和并行算法
• 2.3 总线技术
• 2.3.1 总线技术发展概述
• 2.3.2 StarFabric总线
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 芯片选型
• 3.1.1 DSP芯片选择
• 3.1.2 FPGA芯片选择
• 3.2 系统硬件实现方案
• 3.2.1 多DSP互连方案选择
• 3.2.2 系统原理框图
• 3.3 系统各功能模块设计
• 3.3.1 DSP核心电路设计
• 3.3.2 外部总线接口设计
• 3.3.3 FPGA核心电路设计
• 3.3.4 时钟电路设计
• 3.3.5 电源电路设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 DSP底层程序开发
• 4.1 开发工具
• 4.2 DSP的自举引导
• 4.3 DSP初始化
• 4.4 DSP数据通信设计
• 4.4.1 DSP之间数据通信
• 4.4.2 J4链路数据通信
• 4.4.3 J3链路数据通信
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统调试与应用
• 5.1 DSP底层程序调试
• 5.1.1 DSP之间通信调试
• 5.1.2 J3链路通信调试
• 5.1.3 J4链路通信调试
• 5.2 系统在SAR成像中的应用
• 5.2.1 距离多普勒成像算法
• 5.2.2 具体实现方案
• 5.2.3 成像结果及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的研究成果