基于AP-SOC的掌上实时频谱分析仪设计与实现

发布时间：2017-10-08 06:02

  本文关键词：基于AP-SOC的掌上实时频谱分析仪设计与实现

  更多相关文章： 实时频谱分析 AP-SOC 软硬件协同处理

【摘要】：频谱分析仪器是对信号进行频域分析的重要工具,它在电子与通信产品的开发、生产过程中起着非常重要的作用。为了满足迅速突发性干扰信号测试、跳频系统测试、捷变频雷达系统测试、电子对抗系统测试等应用需求,对能够满足瞬态信号测试需求的实时频谱分析仪的研究变得越来越重要。以实时频谱分析处理为代表的数据处理需求对硬件平台的性能提出了较高的要求,它要求平台兼具较高的数据处理速度和灵活性。本文针对实时频谱分析仪在基带数据处理上对高速度和高灵活性方面的需求,研究了采用AP-SOC进行软硬件协同处理的方案。将DSP中串行运算任务进行粗粒度分解,然后将各部分运算任务映射成PL内部的硬件IP核,并将各个硬件IP核封装成可供软件层调用的加速库,利用片内双核处理器控制数据流在各个硬件IP核上的流水线处理。利用硬件处理耗时的数学运算,利用软件处理复杂的决策和控制,从而既简化了硬件逻辑设计又提高了数据处理速度,使整个处理兼具数据处理的高速性和灵活性。本文的基带处理速度可以满足50MHZ的实时分析带宽要求。为了实现上述方案,本文主要对以下几个部分进行了研究:(1)、对频谱分析运算过程中各个运算部分的时间消耗量进行了测量和分析,设计了将频谱分析运算任务进行粗粒度分解,然后将各个运算任务定制成硬件IP核,并将各个硬件IP核的调用进行软件层的封装,将硬件的处理过程软件化的方案。(2)、针对各个硬件IP核的独立特性,设计了通过软件控制数据在各个硬件IP核之间进行粗粒度流水线处理的方案。(3)、在AP-SOC平台上面,实现了各个硬件IP核的逻辑设计、驱动设计、API软件库封装和数据粗粒度流水线处理的软件设计。(4)、实现了AP-SOC和AD9361之间的各个接口驱动,通过软件控制驱动实现了数据的连续采集,然后利用上述频谱分析运算方案进行了信号实时处理。本文将设计的运算方法进行了软件层和硬件层的设计和实现,评估了运算过程中影响处理速度的各个因素,并对各个模块进行了测试和分析,验证了方案的可行性。完成了平台底层硬件的接口配置和驱动开发,打通了完整的数据通路,最终在硬件平台上面进行了运算方案的整机测试,达到了预期的分析带宽。
【关键词】：实时频谱分析 AP-SOC 软硬件协同处理
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM935.21
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外发展动态12-15
• 1.2.1 便携式频谱仪发展现状12-13
• 1.2.2 数字信号处理平台发展现状13-15
• 1.2.3 AP-SOC发展现状15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 1.4 论文结构安排16-18
• 第二章 掌上实时频谱分析仪系统方案18-26
• 2.1 频谱分析仪的原理和分类18-22
• 2.2 系统方案设计22-25
• 2.2.1 掌上实时频谱分析仪射频方案22-23
• 2.2.2 掌上实时频谱分析仪基带处理方案23-24
• 2.2.3 掌上实时频谱分析仪总体方案24-25
• 2.3 主要指标25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 基于AP-SOC的频谱分析运算方案设计26-37
• 3.1 频谱分析运算方案研究26-28
• 3.2 AP-SOC片内交互机制28-32
• 3.3 硬件IP核定制及其软件库封装设计32-33
• 3.4 频谱分析运算的软硬件协同处理方案设计33-36
• 3.4.1 频谱分析运算任务的粗粒度分解及硬件加速设计33-35
• 3.4.2 硬件IP核的软件库封装设计35
• 3.4.3 数据在各IP核间的流水线处理设计35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 信号处理硬件IP核的设计及其软件库封装37-48
• 4.1 信号处理硬件IP核的设计37-43
• 4.1.1 加窗实现37-39
• 4.1.2 FFT实现39-41
• 4.1.3 取模实现41-43
• 4.2 信号处理硬件IP核linux驱动实现43-45
• 4.3 软件库API封装45-46
• 4.4 本章小结46-48
• 第五章 系统软件设计与实现48-61
• 5.1 软件整体架构48-49
• 5.2 接口驱动设计与实现49-55
• 5.3 基带数据采集软件设计与实现55-58
• 5.4 数据的流水线处理软件设计与实现58-59
• 5.5 本章小结59-61
• 第六章 平台测试和分析61-76
• 6.1 硬件平台的搭建61-62
• 6.2 嵌入式linux系统搭建62-65
• 6.3 数据处理速率测试和分析65-70
• 6.3.1 PL到PS应用层数据传输性能测试和分析66-68
• 6.3.2 各个硬件IP核数据处理性能测试和分析68-69
• 6.3.3 各级流水线处理效果测试和分析69-70
• 6.4 频谱分析测试70-75
• 6.4.1 测试方案70-72
• 6.4.2 频率范围测试72-74
• 6.4.3 频谱分析带宽测试74-75
• 6.5 本章小结75-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 7.1 工作总结76
• 7.2 工作展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-81

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