基于MPSoC的弹载雷达信号处理机系统设计与开发

发布时间：2020-10-18 02:45

　　 随着集成电路制造工艺的不断进步,使得SoC技术逐渐被越来越多的人所关注,同时SoC技术的发展也为雷达信号处理领域的工程化带来了新的机遇和挑战。本文以基于MPSoC的弹载雷达信号处理机系统设计与开发为主要研究内容,结合Xilinx公司第二代全可编程Zynq UltraScale+MPSoC系列芯片的性能优势,提出了雷达信号处理机硬件平台的单芯片架构设计方案,保证了信号处理机满足小型化、低功耗和高可靠性的设计要求,同时实现了多种工作模式和发射波形参数下的复杂MPSoC信号处理设计,并完成了对该系统整机的全面测试与验证以及性能分析等工作。首先本文详细介绍了Zynq UltraScale+MPSoC系列芯片的内部资源,通过与目前主流的硬件平台架构进行对比,根据系统对处理性能的需求选择ZU9EG芯片作为核心处理器,并围绕该芯片设计出单芯片架构的硬件平台。本硬件平台具有片上资源丰富、可扩展性强、高速接口种类多、稳定性高和系统功耗低等特点,同时通过外挂大量的存储器芯片,以满足该系统对大数据量和复杂算法的处理要求。其次详细介绍了雷达信号处理机系统的总体设计以及算法实现过程。为了满足复杂战场环境下的探测任务,本雷达信号处理机具有多种工作模式和发射波形,并且每种工作模式下的处理流程是不同的,实际工作过程中需要灵活的配置系统的工作状态和参数。由于本系统是基于MPSoC进行设计,因此需要对系统各模块进行合理的软硬件划分,选择合适的开发环境和设计流程才能发挥主控制器最佳的性能优势。同时为了保证雷达信号处理机的内部以及与其他分系统能够实现稳定、高速的通信,本系统在设计时根据不同处理阶段的特点采用了多种通信协议,充分利用硬件平台的资源优势以提高系统处理速度。本信号处理机系统涉及多种处理算法,论文中仅对可编程逻辑部分实现的算法进行介绍,并将重点放在算法的硬件实现上。最后根据实际需求,通过搭建半实物仿真测试系统对本雷达信号处理机进行了全面的测试。其中,制定的系统测试验证方案主要包括两个方面,一方面对信号处理算法进行了硬件功能验证,并与MATLAB理论仿真结果进行对比,保证算法的处理性能满足设计要求;另一方面对信号处理机整体流程的硬件实现结果进行了验证,同时介绍了验证过程中涉及到的上位机软件、回波模拟器和仿真参数,通过对不同参数的检测结果进行分析,验证了系统功能的正确性。论文最后对基于MPSoC设计的信号处理机系统的资源占用、功耗和实时性进行了总结,体现出本系统设计的优势。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN957.51;TN47
【部分图文】：

1 引言信号处理机作为雷达导引头的重要组成部分，对雷达的目标检测和识别等性决定性的作用。由于雷达导引头处于导弹腔体内的空间及其它条件的限制，使处理机在实际工作环境中的尺寸、可靠性、功耗和成本等方面都有较严格的要此信号处理机的硬件平台在设计之初需要综合考虑各种限制因素。本章详细介绍了雷达信号处理机系统硬件平台的主控制器资源、架构方案对硬件模块设计过程。由于本硬件平台采用 Xilinx 公司 Zynq UltraScale+MPSoC 片作为主控制器，同时平台具有丰富的外围高速接口和存储器资源，并在处理速辑资源量和功耗等方面较之前的硬件平台都有显著的提升和改善，所以通过结件平台的优势可以实现功能更复杂、指标更高的处理系统，满足了现代雷达信机在复杂背景下的多种探测任务需求。2 Zynq UltraScale+MPSoC

核、图形和视频处理的 GPU、多种高速接口以及丰富的可编程逻辑 UltraScale+MPSoC 与前代 Zynq-7000 系列相比，系统整体性能提高了户能够根据不同处理任务的需求，将其灵活的分配给专用处理模块电源域管理来降低系统功耗，可广泛应用于汽车电子、云计算、通信域。.1处理器系统（PS）理器系统（Processing System, PS）端主要由应用处理单元（Aing Unit, APU）、实时处理单元（Real-time Processing Unit, RPU）和raphics Processing Unit, GPU）组成，可通过 4 个高达 6Gb/s 的专用 G提供多种高速外设，具体包括 PCIe、USB3.0、DisplayPort、SGMII 等，具有 78 个多路复用 I/O 引脚以及支持多种主流存储器芯片的 6 端C）控制器，同时电源管理单元（Platform Mangement Unit, PMU）电源域实现独立的开关控制，处理器部分的资源框图如图 2.2 所示[19]

Zynq互联接口关系
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本文编号：2845683