综合数据信息处理平台的研制

发布时间：2020-07-24 00:56

【摘要】：随着软件无线电及电子技术的飞速发展,对数据信号处理单元的功能及性能等都提出了越来越高的要求。实时性高、处理能力强、接口丰富、可扩展性强的通用并行数据信息处理平台成为当今的主流发展方向,广泛用于语音、雷达、通信、导航等设备。本论文分析了国内外通用处理平台的发展现状,并结合当今主流核心器件的发展现状、功能特点、软件开发平台特性及通用处理平台的功能性能要求,成功研制出了基于PowerPC(MPC8280)+FPGA(XC5VSX95T)+定点DSP(TMS320C6455)+浮点DSP(TMS320C6713)四种通用处理器架构的综合数据信息处理平台,形成硬件实物及软件开发架构,证实了方案切实可行。论文完成了处理平台的硬件架构及组成、内外部通信方式、嵌入式软件、调试验证手段等的研究,主要内容为:1.研究各核心处理器的性能和结构,根据需求构建出最优的通用并行处理平台的架构,形成以PowerPC为对外网络通信控制、两个DSP为主要核心算法处理、FPGA为高速通信接口及内部控制的综合处理平台。实现了各处理器及组成部分的硬件电路详细设计,包括四种处理器的硬件配置、外部SDRAM/DDR2/Flash等存储扩展、网络/串口/HPI/SRIO等接口、加载方式、复位、时钟、电源、控制等电路设计,形成性能优化的数据信息处理硬件平台。2.研究数据信息处理平台的通信方式,形成了:外部以网络为通信控制接口、SRIO为高速数据传输通道,内部以HPI为控制命令通道、FPGA内部同步双口为数据交互通道,高速低速接口相结合、命令数据操作独立的通信模式。有效的避免低速命令控制长时间占用处理通道开销、中断高速通信的事情发生,更加高效的利用总线带宽。3.研究数据信息处理平台的验证方式。利用各处理器的硬件开发环境及软件开发平台的特性,进行处理器的硬件功能调试、接口调试;为实现系统的远程可重配置特点,完成了程序的动态加载和代码的远程更新;搭建并验证DSP、FPGA间高速通信通道;完成处理平台的整体功能性能测试。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP332;TN791
【图文】：

系统框图,短波通信,系统框图

图 2-1 短波通信系统框图1) 能提供兼容多种通信波形计算资源需求，能同时处理 4 路语音信号；2) 对外提供 RapidIO 和 LAN 等高速数据传输接口，分别完成非实时的控和业务数据交互，以及实时基带音频数据收发功能；3) PowerPC 运行 VxWorks，配置管理程序、服务管理程序等。实现以太口功能，实现对 DSP 与 FPGA 的配置管理、程序加载和实现各层通议处理等功能；4) DSP 主要运行物理层波形程序，包括指令波形以及各档速率数据传输形、调制解调算法；5) FPGA 主要完成各种数据预处理、RapidIO 等功能，具体包括波形速率换（包括插值、抽取、滤波等）、波形处理（如同步捕获、编解码、解调等）、RapidIO 接口等；

框图,体系结构,框图,控制器

3) 局部总线：支持 8/16/32 位三种数据宽度；4) PCI 桥：32 位、33/66M，兼容 PCI2.2，支持主从模式；5) 系统接口单元：包括时钟、复位、RTC、中断、看门狗、TAP 等；6) 存储控制器：32 位地址总线，支持 12 个存储组。它包括 GPCM 通用控制器、SDRAM 控制器和 UPM 用户编程器三种接口，可以为SDRAM、SRAMEPROM、Flash 和其它外围设备提供控制接口；7) 通信处理模块(CPM)；a) 32 位 RISC 通信处理器(CP)；b) 64KB 双端口 SRAM，其中 32K 用于数据 RAM，32K 用于指令 RAMc) 三个快速通信控制器(FCC)，支持快速以太网、HDLC 总线等多种协议d) 两个多通道控制器(MCC)和两个串行管理控制器(SMC)；e) 四个串行通信控制器(SCC)，支持 IEEE802.3/Ethernet、HDLC/SDLC、LocalTalk、UART、BISYNC 和透明传输协议；f) USB 控制器，支持 Host 和 Slave 模式，1.5 和 12Mbps 两种速率。

波形,内部结构,浮点

列产品[21]。TMS320C6000 系列 DSP 是 TI 公司推出的定点、浮点兼容的高端 DSP 系 VLIW（超长指令字）体系结构，有 8 个功能单元，一个时钟周期内可以 8 条指令，主要用于多通道无线通信和有线通信、图像处理、雷达声纳量、跟踪等领域[21]。发展到现在，其中定点系列有 C62xx、C64xx、DM6xx，浮点系列主要是 C67xx。本设计中 DSP 主要运行物理层波形程序，包形以及各档速率数据传输波形，选取了 TI 公司的高性能定点 DSP（型S320C6455）和浮点 DSP（型号为 TMS320C6713）并行处理的组合，在实求的基础上，具备更大的扩展性。.5.2 TMS320C6455 功能简介TMS320C6455 是 TI 公司推出的高端 DSP 芯片，它建立在增强型 C64X+基础之上，该内核添加了专用新指令与基于 TI 当前高级 C64X DSP 架构代码尺寸平均缩短了 20％～30％，周期效率提高了 20％[22][23]。内部结构所示。

【参考文献】