（信号与信息处理专业论文）td手持探测设备软件设计与实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着t d s c d m a 牌照在我国的成功发放以及在中国政府大力支持下， t d s c d m a 目前在我国正火热的发展着，t d s c d m a 手机终端越来越普及的同 时，其应用也越来越广泛。 本文设计一种针对t d s c d m a 手机用户的手持探测系统。本系统设计的难点 是嵌入式l i n u x 下大容量数据传输和数字信号处理及软件实现。在硬件方面采用射 频收发芯片r d a 8 2 0 6 b 实现接收空中数据，并用f p g a 作为数据采集链路和控制链 路，利用双s r a m 结构作为缓存，数据处理平台采用集成了o m a p 3 5 3 0 芯片的 d e v k i t 8 0 0 0 。 本文是按照数据采集、数据存储、数据传输、数据解算和结果显示的设计思 路组织的。r d a 8 2 0 6 b 实现接收射频到基带的数据，该芯片片内集成的t d s c d m a 接收机采用数字零中频架构，能够同时支持模拟基带信号和数字基带信号输出。 f p g a 将r d a 8 2 0 6 b 采集的基带数字数据存入外接双s 删中，f p g a 传输数据到 c y 7 c 6 8 0 1 3 ，d e v 鼬t 8 0 0 0 u s b 端接收c y 7 c 6 8 0 1 3 输出的数据，由于d e v k i t 8 0 0 0 采 用o m a p 3 5 3 0 芯片，我们可以利用达芬奇技术完成a r m 和d s p 的交互，最后通过 检测定位算法解算并将解算出的结果友好地显示给用户。 软件方面针对r d a 8 2 0 6 b 采集信号的高速率，设计并实现双s r a m 乒乓缓存来 接收高速实时信号，并开发出相应的校验程序；在嵌入式l i n u x 环境下，针对u s b 驱动读函数不能满足检测定位算法计算数据量要求，在详细分析u s b 驱动读函数 流程后，修改读函数使其满足计算数据量要求；根据o m a p 3 5 3 0 芯片独特的a r m 和d s p 双核结构，在达芬奇环境下对算法封装、打包和应用程序的开发，完成a r m 和d s p 的数据交互；搭建嵌入式q t 开发平台，利用q t e m b e d d e d 适用嵌入式设备的 特点，集成达芬奇的文件库，开发出手持探测设备定位显示应用程序；完成了t d 手持探测设备各部分软件设计与实现，最后通过实地拨打t d 用户，对用户探测进 行实际测试，优化软件。 关键词：乒乓缓存，u s b 驱动，达芬奇，q t e m b e d d e d ，嵌入式l i n u x 系统 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h es u c c e s s f u l l yi s s u a n c eo ft d s c d m al i c e n s ei nc h i n aa n dt h es t r o n g l y s u p p o r tf r o mt h ec h i n e s eg o v e r n m e n t ，t h ed e v e l o p m e n to ft d - s c d m a i sh o ti nc h i n a , t d s c d m am o b i l et e r m i n a l si sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yp o p u l a ra tt h es a m et i m e ，i t s a p p l i c a t i o nh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yw i d e s p r e a d t o o t h i sp a p e rd e s i g n sah a n d - h e l dd e t e c t i n gs y s t e mo ft d - s c d m am o b i l ep h o n e u s e r s t h ed i f f i c u l t i e so ft h i s s y s t e m a r eh i g l l c a p a c i t yd a t at r a n s m i s s i o nu n d e r e m b e d d e dl i n u xs y s t e ma n dp r o c e s s i o no fd i g i t a ls i g n a la n di m p l e m e n t a t i o no f s o r w a r e s i nt e r m so fh a r d w a r e ，w eu s er ft r a n s c e i v e rc h i pr d a 8 2 0 6 bt or e c e i v et h e a i rd a t a ，u s i n gt h ef p g at oc o l l e c ta n dc o n t r o lt h ed a t a ，w eu s ed o u b l e s r a ms t r u c t u r e a sac a c h e ，d a t ap r o c e s s i n gp l a t f o r mu s i n gd e v k i t 8 0 0 0i n t e g r a t e do m a p 3 5 3 0c h i p t h i sa r t i c l ei so r g a n i z e di nd a t ac o l l e c t i o n ，d a t as t o r a g e ，d a t at r a n s m i s s i o n ，d a t a s o l u t i o na n df i n a l ys h o w e st h er e s u l t s t h er d a 8 2 0 6 br e c e i v e st h ed a t af r o mr ft o b a s e b a n dw h i c hi sar ft r a n s c e i v e rc h i p ，t h ec h i pi n t e g r a t e st h et d - s c d m ar e c e i v e r a p p l y i n gd i g i t a lz e r o i fa r c h i t e c t u r et h a tc a ns u p p o r tb o t ha n a l o gb a s e b a n ds i g n a l sa n d d i g i t a l b a s e b a n d s i g n a lo u t p u t f p g ap u t sb a s e b a n dd i g i t a l d a t ac o l l e c t e d b y r d a 8 2 0 6 bi n t ot h ed o u b l es r a mo u t s i d et h ef p g a ，t h ef p g as e n t st h ed a t at ot h e c y 7 c 6 8 0 1 3 ，t h eu s bt e r m i n a lo fd e v k i t 8 0 0 0s t a r t st or e c e i v ed a t aw h e r ef r o mt h e c y 7 c 6 8 0 1 3 ，b e c a u s eo fu s i n go m a p 3 5 3 0c h i p ，w ec a nu s et h ed a v i n c it e c h n o l o g yt o c o m p l e t et h e i n t e r a c t i o nb e t w e e na r m a n dd s p , a n df i n a l l yt h er e s u l to fd e t e c t i o n w h i c hc a l c u l a t e dt h r o u g ht h ed e t e c t i o na n dl o c a t i o na l g o r i t h m ，i sd i s p l a y e df r i e n d l yt o t h eu s e r s i nt e r m so fs o f t w a r e ，a st h er d a 8 2 0 6 br e c e i v e st h es i g n a l si nh i g hs p e e d ，w e d e s i g nad o u b l es r a mp i n g p o n gc a c h et or e c e i v er e a l t i m es i g n a l sa n da c h i e v ei t ，a l s o d e v e l o p av e r i f i c a t i o n a p p l i c a t i o nc o r r e s p o n d i n g l y ；u n d e rt h ee m b e d d e dl i n u x e n v i r o n m e n t ，d u et ot h er e a df u n c t i o no ft h eu s bd r i v e rc a nn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t s o ft h ea m o u n to fd a t ao ft h ed e t e c t i o na n dl o c a t i o na l g o r i t h m ，a f t e ra n a l y s i st h ep r o c e s s o fr e a df u n c t i o no ft h eu s bd r i v e ri nd e t a i l ，m o d i f y i n gt h er e a df u n c t i o nt om e e tt h e r e q u i r e m e n t st h ea m o u n to fd a t a ；a st h eo m a p 3 5 3 0c h i pu s e su n i q u ea r m a n dd s p d u a l - c o r es t r u c t u r e ，w ee n c a p s u l a t ea n dp a c k a g et h ea l g o r i t h ma n dd e v e l o pa p p l i c a t i o n s ， c o m p l e t ed a t ae x c h a n g eb e t w e e nt h ea r m a n dd s pu n d e rd a v i n c ie n v i r o n m e n t ；b u i l d i l 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t u pt h ee m b e d d e dq td e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fq t e m b e d d e da r e a p p l i c a b l ef o re m b e d d e dd e v i c e s ，w ei n t e g r a t ed a v i n c i sf i l el i b r a r y , a n dd e v e l o pa d i s p l a ya p p l i c a t i o no nt h eh a n d h e l dd e t e c t i o na n dl o c t i o ne q u i p m e n t ；a f t e rc o m p l e t i n g d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe a c hs o f l w a r e so ft h et dh a n d - h e l dd e t e c t i o ne q u i p m e n t ， w e f i n a l l yc a l lt h et du s e r s ，a n dl o c a t et h eu s e l st h r o u g ha c t u a lt e s t i n g ，t h e no p t i m i z a t e t h es o f i w a r e s k e yw o r d s ：p i n g p o n gc a c h e ，u s bd r i v e r ，d a v i n e i ，q t e m b e d d e d ，e m b e d d e dl i n u x s y s t e m i i i 重庆邮电大学硕士论文 缩略语 缩略语 缩略语英文含义中文含义 t d s c d 【at i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e 时分同步码分多址 a c c e s s s r a ms t a t i cr a n d o ma c c e s sm e m o r y 静态随机存取存储器 f p g a f i e l d - p r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y 现场可编程门阵列 c p l d c o m p l e xp r o g r a m m a b l el o g i cd e f i c e 复杂可编程逻辑器件 g p i fg e n e r a lp r o g r a m m a b l ei n t e r f a c e 即通用可编程接口 u s b u i l i v e r s a ls e r i a lb u s 通用串行总线 h c dh o s tc o n t o l l e rd r i v e r 主控制器驱动程序 h c i h o s tc o n t r o l l e ri n t e r f a c e 主控制器接口 u h c iu n i v e r s a lh o s tc o n t r o li n t e r f a c e 通用主控制接口 o h c i o p e nh o s tc o n t r o l l e ri n t e r f a c e 开放主控制器接口 e h c i e n h a n c e dh o s tc o n t r o l l e ri n t e f f a c e 增强主控制器接口 v i s a v i d e o ，i m a g e ，s p e e c h ，a u t o 视频。图像，语音，音频 e p s i e a s yp e r i p h e r a ls o f t w a r ei n t e r f a c e 简单外设软件接口 x d a i s e x p r e s s d s pa l g o r i t h mi n t e r f a c es t a n d a r d 专业d s p 算法接口标准 x d m e x p r e s sd s pd i g i t a lm e s a 专业d s p 数字媒体 c sc o d e cs e r v e r 编解码服务器 c ec o d e ce n g i n e 编解码引擎 x d c e x p r e s sd s pc o m p o n e n t s 专业d s p 组件 l p ml o c a lp o w e rm a n a g e 本地电源管理 s p i s y s t e mp r o g r a m m i n gi n t e r f a c e s 系统编程接口 g u i g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e 图形用户界面 t m s i t e m p o r a r ym o b i l es u b s c r i b e ri d e n t i t y 临时识别码 i v 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 目前全球通信已经进入3 g 时代，我国制定的3 g 标准t d s c d m a ，是目前全 球三种3 g 制式之一，在技术独立性和政策的支持和保护下，t d s c d m a 在我国 的发展必将是充满光明并具有潜质的。据统计2 0 1 0 年1 2 月份新增t d 用户1 8 6 7 万户，t d s c d m a 用户已于2 0 1 0 年年底达到2 0 0 0 万的规模【l 】。而中国移动对外 宣布t d s c d m a 网络三期工程已经顺利完工，全国7 0 以上地市实现了 t d s c d m a 网络覆盖，其中东部省份1 0 0 地市实现覆盖，基站总数超过1 0 万个， 核心指标已接近2 g 水平，而到2 0 1 1 年，t d s c d m a 将覆盖全国所有地市，研究 报告表明，随着t d s c d m a 终端采集的逐步规模化，而随着移动通信技术的迅猛 发展，手机越来越普及的同时，其应用的范围也越来越多样化。而同样随着 t d s c d m a 技术和手机的普及，t d s c d m a 手机终端发展的不断进步和多元化 的需求，对一些特殊需要的群体来说，在一些特定地或紧急地情况下，需要一种 相对独立于蜂窝网络和移动台自身的探测系统，从而实现在某一个较小范围内对 用户进行有效、实时、机动、灵活地检测及探测。因此，我们设计出了一种基于 t d s c d m a 的移动目标的手持式探测系统，它利用t d s c d m a 系统传输的信号 图1 1 手持式探测系统 1 1 ) 基站 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 和消息格式特点，构造目标参考信号，根据参考信号对目标身份进行检测，待确 认目标后，再对其进行跟踪2 1 。如图1 1 所示是手持式探测系统示意图。 从图1 1 中可以看到，在有t d 网络覆盖的区域，我们拨打目标手机，这时手 持设备开始工作，通过数据采集、数据传输和数据解算，得到目标的位置信息。 1 2 手持探测设备研究现状 现在针对手机的定位分为两种：一种是自有手机定位系统，另一种则是公用 定位服务。本文研究的探测系统属于前者，而后者一般由移动运营商来提供。对 于定位的方式主要是利用g p s 和通信网络，如c d m a ，g s m 。利用g p s 定位的 手机需要具有g p s 模块，而利用通行网络定位则需要定制服务，这些定位基本上 都是属于被动式的定位。当我们需要主动探测目标位置时，应采取一种主动式的 探测定位系统。目前对手机用户的主动的探测定位系统主要有2 种制式：车载式 和手持式；其中研究得比较成熟的是基于车载式的探测定位系统。车载式探测定 位系统在实际使用中，通常必须布置3 个或3 个以上蜂窝基站来接收手机信号的 定位参数，进而对手机用户进行探测、定位、跟踪，但是它需要架设过多的定位 基站，定位精度也易受基站几何位置分布的影响，而且系统本身较为复杂、灵活 性差、受环境限制严重；手持式系统也是根据获取的定位参数对目标进行探测， 但它灵活便捷、安全保密，不仅能够在室外对用户进行探测，而且能在建筑物内 部进行探测。本文设计的手持探测设备克服前端高速率数据采集，无损数据传输 等技术难点，为算法解算提供了必要条件，利用达芬奇技术提高系统运行效率， 同时采用嵌入式l i n u x 系统也区别于目前国内的主流的不带操作系统的设备，大大 提高了其扩展性。由于利用t d s c d m a 信号，使用范围广，可在全国有t d s c d m a 信号的地域使用，若在警察系统中使用，本系统本身拨打目标手机使用的是哑呼 模块，从而具有显著的隐蔽性，可以防止目标发现拨打方，从而逃脱警方的追捕； 利用t d s c d m a 手持探测设备，能有效地定位目标，探测范围广，探测半径大， 精度可以达到百米内；由于现有的可利用的t d s c d m a 基站分布普遍，大大提高 了定位目标的能力和精度，从而提高了t d s c d m a 手持探测设备的实用性，减小 了因为没有信号而不能定位的情况；借用t d s c d m a 手持探测设备，可以迅速发 现目标位置，从而节省了为定位目标需要消耗的大量的人力和物力。在其他领域 也有重要的价值，比如在遇到搜救、救灾等灾难时，都可以发挥巨大的作用。因 此，对t d s c d m a 手持探测设备的研究具有十分重要的现实意义。 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 3 本文的主要工作 1 3 1 研究目标 我们要实现一套利用t d s c d m a 信号、可定位移动目标的手持式探测系统。 本探测系统是基于l i n u x 的操作系统，采用射频收发芯片r d a 8 2 0 6 b 实现接收射 频到基带的数据，该芯片片内集成的t d s c d m a 接收机采用数字零中频架构，能 够同时支持模拟基带信号和数字基带信号输出，最后可以将采集到的空中数据传 给f p g a 。我们建立在f p g a 外部的双s r a m 相当于f i f o 。f p g a 用来作数据采 集链路和控制链路，将r d a 8 2 0 6 b 的基带数字数据存入f p g a 外接双s r a m 乒乓 缓存中，f p g a 控制器向c y 7 c 6 8 0 1 3 发出数据输出信号，e z u s b 端s l a v ef i f o 接收满数据后，然后打包传输到手持终端。当数据来到手持终端后，需要通过设 计好的算法解算，并将解算出探测的结果友好地显示给用户。这样我们就是实现 了一套利用t d s c d m a 信号、可探测移动目标的手持式探测系统。 总体来讲，本手持式探测系统具有主要以下几个特点： ( 1 ) 灵活便捷； ( 2 ) 安全保密； ( 3 ) 实时可靠： ( 4 ) 移植性高； ( 5 ) 占用系统资源小； 综上所述，我们总体要实现一套利用t d s c d m a 信号、可探测移动目标的 手持式探测系统。但是具体的目标或需解决的问题主要可以分为以下几点： ( 1 ) 解决将r d a 8 2 0 6 b 的高速采集到的空中数据完好无损地保存到外部双 s r a m 中并自己开发检测数据连续性程序； ( 2 ) 解决l i n u x 系统下u s b 驱动高速读取双s r a m 数据的问题并自己开发 嵌入式环境下检测数据连续性应用程序； ( 3 ) 解决利用达芬奇技术打包检测定位算法来解算u s b 传过来的数据，完 成a r m 核和d s p 的数据交互； ( 4 ) 开发一个嵌入式系统的基于q t 的应用程序界面来显示探测结果； 1 3 2 研究内容 针对上述的研究的目标点，本文我们将着重研究主要以下内容： 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 ( 1 ) 双s r a m 乒乓缓存的设计与实现 在以上所描述需要完成的目标中，我们需要利用建立外部双s r a m ，并实现 双s r a m 乒乓缓存功能，来完成接收射频收发芯片r d a 8 2 0 6 b 从空中采集的高速 实时的数据，这些数据是我们检测定位算法需要解算目标位置信息的重要数据， 不能丢失，所以我们这里利用双s r a m 乒乓缓存的功能来接收r d a 8 2 0 6 b 从空中 采集的高速实时的数据。我们除了需要对两个s r a m 进行读写操作的之外，还要 设计出合理可用的两个s r a m 的逻辑操作流程，最后还要我们对得到的数据还要 进行校验，所以我们需要开发出检测数据连续性应用程序，此程序可以对我们通 过上位机读取得到的数据进行数据连续性校验。只有在校验成功无误后，我们才 能说明开发的双s r a m 乒乓缓存是可用的。 ( 2 ) 嵌入式系统下u s b 驱动的开发 在以上所描述需要完成的目标中，我们需要对l i n u x 系统的u s b 驱动的进行 开发或修改，实现在手持设备上无丢失的接收s r a m 的数据，并将这些数据拿给 检测定位算法解算使用。在开发u s b 驱动之前，我们除了介绍嵌入式u s b 驱动的 基本知识之外，还需要将u s b 的固件烧写到设备c p u 中，以使其按照我们的固件 程序工作，对外表现出对应功能的外部u s b 设备。在烧写完u s b 固件程序之后， 我们还需要搭建开发嵌入式l i n u x 系统的平台，在搭建好开发嵌入式l i n u x 系统平 台后，我们剩下的任务就是对系统自带的u s b 驱动源码进行解析，然后做对应的 修改，已达到完成解决在手持设备上无丢失的接收s r a m 的数据的目标。另外， 在得到我们自己修改编译出的u s b 大缓存驱动之后，将其加载进入内核，自己在 开发出对应的应用程序就可以将数据从外部s r a m 中读取到开发板中，然后在将 数据进行最后的检验，已验证我们自己修改得到的u s b 大缓存驱动的正确性和可 用性。 ( 3 ) 手持设备平台下达芬奇技术的开发 在以上所描述需要完成的目标中，我们需要利用达芬奇技术来完成a r m 核 和d s p 的数据交互问题。达芬奇技术的出现是t i 试图给出一个满足当前视频应用 各方面要求的解决方案，但是这里我们主要使用它的方案性，即它解决a r m 核和 d s p 的数据交互问题。开始达芬奇技术的开发，首先我们必须建立正确的达芬奇 开发环境，我们需要安装t id v s d k 软件包，它包含了实例、演示程序、c o d e 圮 e n g i n e 组件、d s p b i o sl i i l l ( 、x d a i s 、x d m 头文件、本地电源管理模块、f r a m w o r k c o m p o n e e n t s 和c m e m e ( c o n t i g u o u sm e m o r ya l l o c a t o r ) 。达芬奇的软件开发通常需 要四个步骤：算法的建立、s g l v g l 的集成、e n g i n e 的集成和应用程序的制作。我们 在抓住以上四个步骤的层次关系后，需要按照其顺序，一一对应的研究开发，在 满足各个层次关系的前提下，最后需要通过应用程序来调用接口函数的形式来完 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 成我们达芬奇技术的开发。 ( 4 ) 手持终端q t 的开发 在以上所描述需要完成的目标中，我们需要实现一个嵌入式环境下的，用于 显示最终结果和用户操作的友好的应用程序。目前嵌入式图形用户界面 g u i ( g r a p h i c su s e ri n t e r f a c e ) 广泛流行于当今计算机嵌入式开发中，它为用户提供 了友好的人机界面和简便的图形化操作，它是开发嵌入式软件平台系统的重要组 成部分，为以后应用程序的图形界面开发打下了基础。总的来说，嵌入式g u i 具 有轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、可配置等特点。开发应用程序我们选 用q tc r e a t o r ，而q tc r e a t o r 的设计目标是使开发人员能够利用q t 这个应用程序 框架更加快速及轻易的完成开发任务。既然是开发嵌入式环境下的q t ，我们就需 要嵌入式系统下的q t 版本叫t e m b e d d e d ，q t e m b e d d e d 作为一项成熟的技术， 它是一个专门面向小型设备提供( g u i ) 图形用户界面的应用框架和窗口的系统【3 】。 q t e m b e d d e d 很符合我们的手持设备的特点。在所有开发的前提和工具都具备的条 件下，我们搭建好q t 开发环境后就可以进行开发了。 在介绍完我们主要要如何解决具体的各问题前，我们这些问题都主要是软件 方面的问题，实际项目开发中，问题不止只有软件方面的，硬件方面的问题也是 需要我们一步步仔细研究和解决的，但本文中主要是以软件实现为主，所以在描 述和解决软件问题之前，我们在解决软件实现之前，也只是大概介绍下各部分的 软件所涉及的硬件架构和功能，同时这样也使我们的问题可以更加透彻的得到分 析和解决。 1 4 本文章节组织 本文是按照数据采集、数据存储、数据传输、数据解算和结果显示的设计思 路组织的。每个部分之间都是紧密相连、层层相扣的，只要其中某个部分出现问 题，往后的部分都是不能继续的，所以各部分之间必须是逻辑严密且可用的。本 文的章节组织具体安排如下： 第一章：绪论 介绍本文的研究背景和文章组织结构，说明本文的主要研究的目标，重点介 绍了我们研究的内容。 第二章：双s r a m 乒乓高速缓存的设计与实现 为了解决高速采集实时空中信号，并无损的数据将存储，本章重点针以上目 标，采用了双s r a m 的乒乓缓存的机制，配合f p g a 硬件平台并设计乒乓缓存的 逻辑方案。最终实现方案并验证结果。 5 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 。 第三章：手持设备平台u s b 的开发 为了高速传输前端接收的空中数据，本章着重介绍嵌入式l i n u x 系统u s b 驱 动的体系构架和工作方式。开发u s b 设备驱动的固件程序并烧写；通过解析l i n u x 源代码，修改并编译得到了我们的手持设备嵌入式l i n u x 系统u s b 设备驱动，最 终验证了其可用性。 第四章：手持设备平台的应用程序开发 通过达芬奇技术我们可以更好的解算数据，得到最终的定位结果。根据达芬 奇软件的开发流程，进行检测定位算法的封装，打包和调用；开发手持设备图形 用户界面应用程序，使最终探测结果可以友好的显示，方便用户操作。 第五章：手持设备系统的测试与结果 经过以上对手持探测设备不同部分的软件和硬件开发，我们最终将各部分组 合可以得到一套利用t d s c d m a 信号、可探测移动目标的手持式探测设备。通过 最后对其进行实际测试，来验证本文开发系统的可用性和可操作性。 第六章：总结和展望 对本文所用工作及成果进行总结，并对以后的工作进行展望。 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章双s r a m 乒乓高速缓存的设计与实现 第二章双s r a m 乒乓高速缓存的设计与实现 2 1 手持设备的系统构架 我们经过一系列针对手持设备技术的分析，形成了一套手持设备的系统构架。 手持设备的系统构架分为两个部分：硬件构架和软件构架。 2 1 1 手持设备硬件构架 射频收发芯片为锐迪科公司提供的r d a 8 2 0 6 b ；f p g a 选用a l t e r a 公司的 c y c l o n e 系列一代芯片e p l c 6 q 2 4 0 ，其中我们利用e p l c 6 q 2 4 0 来初始化r d a 8 2 0 6 b 并设置频点，完成对双s r a m 的乒乓缓存功能；u s b 2 0 通道采用c y p r e s s 公司推 出的u s b 专用芯片c y 7 c 6 8 0 1 3 实现，采用s l a v ef i f o 接口以实现数据的高速 传输；手持终端采用d e v k i t 8 0 0 0 ，它是基于德州仪器( t i ) o m a p 3 5 3 0 处理器的 评估套件。硬件平台构架如图2 1 所示： i t d a a l t e r a 8 2 0 6e z u s bf x 2 s p ls p i f p g a e p i c 6 q 2 4 0 d e v k i t 8 0 基带s li a m 数字 6 l l v 2 5 6 1 6 s l a u s b 2 0 u s b 信号 f i f o2 o s r a m 6 l l v 2 5 6 1 6 图2 1 手持设备硬件构架图 首先我们通过s p i 完成初始化r d a 8 2 0 6 b 的工作，设置频点以便捕获上行的 信号并开始采集信号，将采集好的数据发给f p g a ( e p l c 6 q 2 4 0 ) ，而f p g a 则用做 数据采集链路和控制链路。建立在f p g a 外部的双s r a m 相当于f i f o ，实现基带 数字信号到c y 7 c 6 8 0 1 3 的s l a v ef i f o 端口的数据高速传输。f p g a 控制器向 c y 7 c 6 8 0 1 3 发出数据输出信号，在e z u s b 端s l a v ef i f o 接收数据后，然后打 包数据传输到手持终端。当数据传入到d e v k i t 8 0 0 0 ，就开始对数据进行处理。这 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章双s r a m 乒乓高速缓存的设计与实现 样就完成了数据采集、数据传输和数据处理的工作。 在本章中涉及到的硬件主要是r d a 8 2 0 6 b 、f p g a 和双s r a m 。即采用射频收 发芯片r d a 8 2 0 6 b 实现接收射频到基带的数据，该芯片片内集成的t d s c d m a 接收机采用数字零中频架构，能够同时支持模拟基带信号和数字基带信号输出【4 1 ， 最后可以将采集到的空中数据传给f p g a ，由f p g a 将数据发给外部双s r a m 。 2 1 2 手持设备软件构架 在介绍完手持设备硬件架构之后，我们对应的介绍手持设备软件架构，即各 硬件部分对应的软件部分。软件构架如图2 2 所示： 双s r a m 乒乓a u s b 驱动 a达芬奇技术下八 o t 应g l 程序 高速缓存vv的数据处理v 图2 2 手持设备软件构架图 如图2 2 所示，首先双s r a m 乒乓高速缓存是针对外部双s r a m 的，用v e f i l o g 语言开发双s r a m 乒乓高速缓存实现对前端高速数据的缓存和发送；数据流经过 双s r a m 乒乓缓存后发送到e z u s b 端，而嵌入式l i n u x 下u s b 驱动读取数据速 度过慢，所以需要对其开发修改，已达到我们无损传输数据到d e v k i t 8 0 0 0 ；手持 终端是基于o m a p 3 5 3 0 芯片的，其独特的a r m 和d s p 共存结构，使我们可以方 便的采用达芬奇技术来完成数据的处理工作；最后为了使手持终端更加地友好化， 我们开发q t 显示应用程序，方便用户的操作。具体对应关系如表2 1 所示： 表2 1 硬件与软件对应关系表 硬件软件 外部双s r a m双s r a m 乒乓高速缓存 c y 7 c 6 8 0 1 3 嵌入式l i n u x 下u s b 驱动 o 队p 3 5 3 0达芬奇技术 o 队p 3 5 3 0 q t 应用程序 在本章中涉及到软件部分主要是双s r a m 乒乓高速缓存的设计和实现。 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章双s r a m 乒乓高速缓存的设计与实现 2 2 双s r a m 乒乓高速缓存设计与实现 2 2 1f p g a ( e p ic 6 0 2 4 0 ) 的介绍 f p g a 选用a l t e r a 公司的c y c l o n e 系列一代芯片e p l c 6 q 2 4 0 ，它具有5 9 8 0 个 逻辑单元，9 2 1 6 0 个比特的嵌入r a m ，两个锁相环( p l l ) ，1 8 5 个用户i o 管脚， 可使用a l t c r a 的n i o s 软核和丰富的口库，快速实现完整的可编程单芯片系统【5 1 。 2 2 2i $ 6 1l v 2 5 6 1 6 的功能原理 s 五已w ( 静态随机存取存储器) 是由静态挥发性存储单元组成的阵列，s r a m 的 地址译码集成在片内，因此可以对每个单元进行读写操作【6 1 。i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 是 i n t e g r a t e ds i l i c o ns o l u t i o n 公司( i s s i ) 的一款高速，容量为4 m b i t ，由2 5 6 k 个 字( 1 6 位) 组成的静态r a m 7 1 。它可为a l t e r a 公司的c y c l o n e 系列f p g a 提供高 性能的外围存储。如图2 3 所示为i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 的功能模块图： 图2 3i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 的功能模块图 ( 1 ) i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 主要特征 工作电压：3 3 伏； 9 重庆邮电大学硕士论文第二章双s r a m 乒乓高速缓存的设计与实现 访问时间：1 0 n s 、1 2 n s 、1 5 n s ； 芯片容量：2 5 6 k x1 6 ； ( 2 ) i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 引脚功能 a o a 1 7 ：1 8 位的地址输入线； ( 至) 1 0 0 1 0 1 5 ：1 6 位的三态数据输入输出线； 写控制线( 低电平有效) ； 片选信号( 低电平有效) ； 输出使能信号( 低电平有效) ； 低字节、高字节使能信号( 低电平有效) ； ( 3 ) i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 控制逻辑【8 】 如图2 4 所示，控制逻辑由f p g a ( e p l c 6 q 2 4 0 ) 来控制。主要包括写地址产生 器、读地址产生器、读写时钟信号产生器及读写控制等几部分。 图2 4i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 控制逻辑图 如图2 5 和2 6 分别是i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 读写操作的时序图： 叮! 雯! ) 二二二二x 王亟三x 二 图2 5i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 读操作时序图 1 0 重庆邮电大学硕士论文第二章双s r a m 乒乓高速缓存的设计与实现 西l 吾二二二 么二二二 叮二三三三) 竺二 二 图2 6i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 写操作时序图 2 2 3 双s r a m 乒乓缓存的设计与实现 我国现在推广的t d s c d m a 网络，t d s c d m a 码片速率是1 2 8 m c p s ，若要 对其进行四倍采样，则速率达5 1 2 m p s 。假如每个码片采用1 6 b i t 数字信号进行量 化，则每秒钟的数据量为8 1 9 2 m b i t 。我们知道，t d s c d m a 采用i 、q 调制，那 么每秒钟i 、q 的数据量之和为1 6 3 8 4 m b i t ，要实现如此大的数据量传输，小容量 的、低速率的外围存储，是无法满足系统算法对数据质量的要求的。我们可以在 f p g a 外围增加两个外部的s r a m ，设计实现乒乓缓存，由它们来接收射频收发芯 片r d a 8 2 0 6 b 接收的高速的、实时的、大量的空中信号。 ( 1 ) 双s r a m 乒乓缓存方案选择 乒乓缓存与一般的缓存都可以实现对输入数据流的缓存，最后输出数据。但 是本文中的数据是流水线式的，比起一般的缓存来说更加适用于乒乓缓存的方案； 另外乒乓缓存可以节约缓冲区空间；我们选用高速s r a m 不仅价格上有优势，而 且更加充分发挥其本身可以使低速模块处理高速数据流的特点。 ( 2 ) 双s 鼬w 乒乓缓存的逻辑设计 首先，我们命两个s r a m 分别为s r a m a 和s r a m b ，这两个s r a m 都是 i n t e g r a t e ds i l i c o ns o l u t i o n 公司的i s 6 1 l v 2 5 6 1 6 。以下就是双s r a m 乒乓缓存的 ss灶 石 嘣 面 埘a 重庆邮电大学硕士论文 第二章双s r a m 乒乓高速缓存的设计与实现 逻辑设计方案： 先将r d a 8 2 0 6 b 接收的数据通过f p g a 控制写入s r a m a ，s r a m a 的存储 大小为2 5 6 k x1 6 ，一直写满s r a m a ，在写满s r a m a 的同时，f p g a 产生一个 s r a m b 写控制信号和一个s r a m a 读控制信号； f p g a 接收s r a m b 写控制信号( 此时，s r a m a 刚刚写满) ，开始将 r d a 8 2 0 6 b 接收的数据写入s r a m b ，同样s r a m b 的存储大小为2 5 6 k x1 6 ，一 直写满s r a m b ，在写满s r a m b 的同时，f p g a 产生一个s r a m a 写控制信号和 一个s i 乙w b 读控制信号； 这样，s r a m a 和s r a m b 乒乓接收( 类似乒乓球比赛的运动规率) ，由 r d a 8 2 0 6 b 接收的数据是没有间断的； 在写满s r a m a 的同时，f p g a 接收产生的s r a m a 读控制信号，开始对刚 刚写满的s r a m a 进行读操作，读取的速度( 4 8 m b s ) 始终快于写s r a m b 的速 度( 2 0 4 8 m b s ) ，读完s r a m a 时逻辑上s r a m b 仍然未写满，保证不会因为读 取的速度过慢而丢失s r a m a 上的数据； 在写满s r a m b 的同时，f p g a 接收产生的s r a m b 读控制信号，开始对刚 刚写满的s r a m b 进行读操作，读取的速度( 4 8 m b s ) 始终快于写s r a m a 的速 度( 2 0 4 8 m b s ) ，读完s r a m b 时逻辑上s r a m a 仍然未写