基于SFP光纤通信接口的高速IQ数据传输系统设计与实现

发布时间：2017-05-05 15:12

  本文关键词：基于SFP光纤通信接口的高速IQ数据传输系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现代无线电通信系统、雷达系统和卫星导航通信系统中,由于软件无线电技术快速发展,现在的ADC(analog to digital converter)可以直接对中频信号进行采集,得到数字化的中频信号。数字化的中频信号经过正交下变频,产生高速基带IQ数据。在研发这些通信系统过程中,需要对测试数据进行定量的分析。因此需要一个高速数据传输系统把这些数据实时传输给数据处理器。同时,高速数据传输系统还可以把存储的测试数据进行回放。本论文主要研究基于SFP光纤通信接口与Aurora IP核的光通信技术、PCIe总线通信技术,研究工作主要包括以下几个方面:(1)根据项目指标要求,设计高速IQ数据传输系统的总体方案。(2)根据高速IQ数据传输系统方案中对光通信模块设计指标的要求,首先,逐层对光通信模块的协议层工作原理进行分析;然后根据光通信模块的协议要求,设计数据传输速率从125Mbps-3.125Gbps可调的SFP光收发器;同时利用FPGA的Aurora IP核实现光通信模块的协议层中物理层和数据链路层;最后,设计了Aurora IP核用户逻辑层的帧数据发送单元、帧数据接收单元,并进行功能仿真与分析。(3)根据高速IQ数据传输系统方案中对PCIe总线设计指标的要求,首先,对PCIe总线协议层进行逐层分析。其次,调用FPGA的IP核资源,生成PCIe2.0协议硬核。最后,重点对PCIe总线的应用层的发送逻辑单元与接收逻辑单元进行设计。(4)在硬件电路基础之上,首先对光通信模块进行误码率测试,测试结果满足数据传输系统对误码率的要求。其次,通过抓取应用层的数据包,对PCIe总线的DMA(direct memorary access)读写分别进行测试,测试结果表明满足数据传输系统对数据传输速率的要求。最后,在整体系统测试中数据传输系统最高数据速率可达264MBps,并且可以稳定、可靠地传输数据。
【关键词】：SFP光收发器 Aurora IP核 PCIe2.0硬核
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及目的10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 光纤通信接口国内外研究现状12-13
• 1.2.2 高速串行收发器技术国内外研究现状13-14
• 1.2.3 PCIe总线国内外研究现状14
• 1.3 课题研究内容及章节架构14-16
• 2 高速IQ数据传输系统设计16-21
• 2.1 高速IQ数据传输系统设计原则16
• 2.1.1 最优化设计原则16
• 2.1.2 可靠性设计原则16
• 2.1.3 最简化设计原则16
• 2.2 高速IQ数据传输系统性能指标要求16-17
• 2.3 高速IQ数据传输系统性能指标分析17-18
• 2.4 高速IQ数据传输系统总体设计方案18-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 光通信模块设计与实现21-37
• 3.1. 光通信模块的协议21-24
• 3.1.1 物理介质相关子层PMD21-22
• 3.1.2 物理介质连接子层PMA22
• 3.1.3 物理编码子层PCS22
• 3.1.4 数据链路层22-23
• 3.1.5 用户逻辑层时序分析23-24
• 3.2 SFP光纤通信接口的硬件电路设计24-31
• 3.2.1 SFP光纤通信接口电路实现方案25
• 3.2.2 MAX3711芯片电路结构与功能25-27
• 3.2.3 SFP光纤通信接口的TOSA组件与ROSA组件27-28
• 3.2.4 SFP光纤通信接口的发射接收电路设计28-29
• 3.2.5 SFP光纤通信接口的监测电路设计29-31
• 3.3 AURORA IP核的FPGA实现31-33
• 3.4 AURORA IP核用户层逻辑33-35
• 3.4.1 AuroraIP核逻辑结构33
• 3.4.2 帧数据发送接收单元设计33-35
• 3.5 AURORA IP核的功能仿真与分析35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 4 基于FPGA的PCI EXPRESS总线设计与实现37-50
• 4.1 PCI-E总线协议分析37-43
• 4.1.1 PCI EXpress总线PC体系结构37-38
• 4.1.2 PCI Express总线的层次结构38-43
• 4.2 PCI-E总线的FPGA实现43-49
• 4.2.1 PCI-E IP Core的生成43-44
• 4.2.2 PCI-E IP Core的结构44-45
• 4.2.3 PCI-E的应用层逻辑单元设计45-49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 数据传输系统测试及结果分析50-59
• 5.1 基本功能测试50-56
• 5.1.1 光通信模块调试50-52
• 5.1.2 PCIe总线的DMA读写测试52-56
• 5.2 系统整体性能测试56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 6 总结与展望59-61
• 6.1 总结59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果65-66
• 致谢66-67

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