水下移动通信转发器数字处理平台硬件设计

论文摘要

目前,远距离、高速的水声数据传输尚未得到圆满的解决。接力式转发传输是解决远距离高速水声数据传输的一个很好的方案。搭载在水下机器人上的水下转发器系统就是出于这样的思想,它用类似微波接力传输的方式实现水声数据的远程高速传输。本文研究的是水下移动转发器的数字硬件平台。大运算量的科学计算及高速实时信号处理已经无法依靠传统的单处理器系统完成,多处理器协同处理是解决此问题的必然选择。本系统采用ARM+DSP的双处理器硬件结构。本文的主要内容及研究工作包括以下几方面:1、硬件方案论证。分析研究转发器所使用的一些通信算法,和水下机器人对转发器的限制因素,确定系统硬件方案。2、硬件电路的设计。实时、低噪声、低功耗、大动态范围以及高精度、高稳定性是电路设计的主要要求。在设计中采用ATMEL公司的ARM（AT91RM9200）作为嵌入式处理模块的核心,TI公司DSP（TMS320VC5510A）作为高速数据处理模块的核心,协助ARM处理数据。3、硬件系统的配置。对硬件系统的配置,包括对CODEC的配置、数据通道的建立、系统U-Boot的配置,使系统具有相应的功能,为系统的进一步开发和升级做好了准备。4、对硬件系统进行了相关测试。测试结果表明,硬件平台工作稳定可靠,系统方案设计正确。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.2 水下转发器的概述
• 1.2.1 水下转发器的工作方式
• 1.2.2 水下转发器的国内外发展现状
• 1.2.3 水下转发器的关键点
• 1.3 数字器件的相关发展
• 1.3.1 嵌入式处理器ARM的发展
• 1.3.2 数字处理芯片DSP的发展
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 水下移动通信系统的实现方案
• 2.1 引言
• 2.2 系统要求及功能
• 2.2.1 系统要求
• 2.2.2 系统功能
• 2.3 系统总体方案
• 2.3.1 操作系统的选择
• 2.3.2 系统通信方式的选择
• 2.3.3 系统的整体结构
• 2.4 系统的通信算法
• 2.4.1 扩频通信算法简介
• 2.4.2 正交频分复用算法简介
• 2.5 系统硬件方案
• 2.5.1 处理器的选择
• 2.5.2 降低系统的功耗
• 2.5.3 系统的硬件框图
• 2.6 本章小结
• 第3章 硬件电路设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统的硬件结构
• 3.3 基于ARM的嵌入式处理平台
• 3.3.1 ARM的概念
• 3.3.2 AT91RM9200芯片的简介
• 3.3.3 AT91RM9200的内部结构
• 3.3.4 ARM的电源
• 3.3.5 ARM的EBI扩展
• 3.3.6 ARM的外部接口扩展
• 3.3.7 ARM对SD卡的扩展
• 3.3.8 ARM对实时时钟芯片的扩展
• 3.5 基于DSP的高速数据处理模块
• 3.5.1 TMS320VC5510A介绍
• 3.5.2 DSP模块的电源
• 3.5.3 DSP对FLASH的扩展
• 3.5.4 DSP对SDRAM的扩展
• 3.6 ARM模块与DSP模块的连接
• 3.6.1 TMS320VC5510A的HPI接口
• 3.6.2 FPGA芯片简介
• 3.6.3 AT91RM9200与TMS320VC5510A的接口设计
• 3.7 CODEC芯片与主处理器的接口设计
• 3.7.1 CODEC芯片简介
• 3.7.2 CODEC芯片的电源
• 3.7.3 CODEC芯片的外围电路
• 3.7.4 CODEC芯片的信号调理功能
• 3.8 本章小结
• 第4章 硬件系统配置及测试
• 4.1 引言
• 4.2 CODEC的相关配置
• 2C协议'>4.2.1 I²C协议
• 2C接口'>4.2.2 ARM支持的I²C接口
• 4.2.3 ARM对CODEC的配置
• 4.3 数据通道的建立
• 4.3.1 数据通道的作用
• 4.3.2 FIFO的作用
• 4.3.3 数据通道结构
• 4.4 U-Boot的配置
• 4.5 系统相关测试
• 4.5.1 主处理器特性测试
• 4.5.2 协处理器特性测试
• 4.5.3 对串口速度的测试
• 4.5.4 对嵌入式处理平台的测试
• 4.6 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A
• 附录B