用DSP和FPGA构成多普勒测量系统

1、用dsp和fpga构成多普勒测量系统随着性能和容量的改进，用法fpga执行功能的做法变得越来越普遍。在许多状况下，同一应用中同时用法处理器和fpga，采纳协处理架构，让fpga执行预处理或后处理操作，以加快处理速度。本文解释如何将fpga和与固定功能dsp结合起来用法,设计一个基于多普勒测量原理的非侵入式测量系统。图1：束聚拢技术。传统上，大量的应用设计用法特地的数字信号处理(dsp)芯片或专用标准产品(assp)并通过信号处理算法来处理数字信息，滤波、视频处理、编码与解码、以及音频处理等仅仅是众多采纳 dsp 的应用中的一部分而已。现在，随着 fpga 性能和容量的改进，以及可以在大多数 d

2、sp 应用中看到的通用算术运算的效率的提高，用法fpga执行dsp功能的做法变得越来越普遍。在许多状况下，同一应用中同时用法处理器和fpga，采纳协处理架构，让fpga执行预处理或后处理操作，以加快处理速度。显示此种趋势的应用之一是多普勒测量系统，它可以测量固体或液体在各种环境中流淌的速度。从管道中流淌的油，到人的心脏中流淌的血液，相对于以前的办法，基于多普勒测量原理的非侵入式测量办法可以极大地降低风险，削减成本和提高精度。普通来说，这些系统都是采纳 dsp技术，将fpga和如ti公司提供的固定功能dsp器件之类结合起来用法。多普勒测量系统多普勒测量系统利用多普勒效应测量运动目标(固体、液体或

3、气体)的速度。最闻名的应用也许要算雷达枪了，交通巡警利用它检测超速汽车。在测量除汽车速度之外的其他物体的运动(例如心脏中血液的流淌)时，需要举行多种测量，来确定更为复杂的流淌的详情。办法之一是利用电子束聚拢技术。在这种技术中，将用法大量探测器(许多小雷达枪)测量从放射源返回的频率。这些探测器沿抛物线分布(1 所示)，因此从焦点返回的信号将会同时到达每个探测器。将这些信号组合起来，并对显著速度的极小波动举行少量处理，就可以确定位于焦点处的物体的速度。假如可以移动探测器来对囫囵关注区域举行扫描，那么这种办法效果会相当好，但是假如没有这样的条件，则可以采纳另外一种技术，它可以获得同样的结果。通过插入

4、一定的可编程的延迟，转变各个探测器的输入组合的时光，可以将焦点转变到关注区域中的几乎任何位置。例如，加入一定的固定额外延迟可以使焦点远移，而转变延迟来缩短探测器一侧的传扬路径则会使焦点向该侧移动。图2 显示了如何利用可调延迟产生抛物线形效果。可调延迟功能在富含寄存器的fpga中极易实现，并可能成为从传统dsp中剥离作为协处理器功能的一种功能。系统实现示例图 3 显示了一种系统实现示例的框图。位于图中部的 fpga 负责产生放射器用法的输出信号。该实现采纳挺直数字频率综合器ip核，可便利地产生各种波形。可以按照测量目标的不同轻松转变频率。图2：具有延迟功能的电子束聚拢技术。探测器测量返回信号的模

5、拟值，产生馈送到fpga的数字值。fpga对输入信号执行部分初步滤波运算，来调节探测器的位置。然后fpga向每个探测器数据流中插入一定可编程延迟，以实现电子束聚拢功能。数据流被组合起来，一个数字负责确定信号的频率重量。这样就得到了确定焦点速度所必须的多普勒读数。在fpga的内部有一个microblaze软核，控制着测量过程，从而实现高层次的功能，如扫描、初始化、测试，以及诊断等。dsp读取和存储fpga执行操作的结果。一旦完成一系列扫描，处理器就可以构建出一幅针对扫描区域的数字图像。可以为不同的速度分配不同的色彩(根据线性、对数或任何其他比例)，并将数字图像转换成视频图像，在图形终端上实时显示

6、或记录下来留待以后回放。利用众多可以得到的软件或工具包中的一个，还可以在处理器中轻松实现到jpeg或其他视频格式的转换， 还可以采纳其他系统分割举行试验。假如实时视频处理和存储占用了处理器过多带宽，可以将算法的一部分(比如扫描数据的预处理)放在fpga中来执行。测量过程的另一个重要部分是确定目标的质量。可以通过测量从焦点返回探测器的能量大小来实现这一功能。返回的能量越多，则目标越大(普通而言)。当测量的目标具有固定连贯性时(如在管道中流淌的油或其他液体)，这种测量效果特殊好，但当系统中存在各种不同质量或反射时，测量就很困难了。明显，对被测系统多些了解可以为测量过程提供一些线索。通过存储与返回信

7、号的幅度相对应的数字值，可以为fpga协处理器增强能量测量功能。该值也是经过了fpga的延迟。作为挑选，jpeg处理可以作为一项自立的功能通过fpga来执行，从而使处理器留出更多时光举行数据预处理器。有许多选项可供挑选，但提供一种能够迅速实现不同分割的易用平台才是至为重要的。类似的以协处理为本的应用可以从硬件开发平台的用法中获得益处。利用硬件平台可以让您轻松试验各种系统和算法分割-将一些功能在fpga 中实现，而另一些功能放在dsp中。dsp应用程序普通很难用软件举行，因此迅速创建硬件/固件/软件平台的能力可以极大地缩短开发时光。用法工具套件中的协仿真工具，通过the mathworks simulink和目标硬件举行开发，是一种可以大大缩短设计时光的技巧。图3：示例系统框图。avnet dsp协处理器设计套件avnet dsp协处理设计套件是针对以dsp为导向、同时需要用法fpga和dsp的广泛应用开发而设计的。套件配有两块主板。virtex-4评估板(4所示)配有 xilinx virtex-4 sx-ff668 fpga、平台闪速配置prom、扩展、 cy7c68013 2.0 控制器、国家的dp83847 10/100 以太网端口、128x64 osram 图形、8mb闪存、32mb