多功能數據采集處理系統實(shí)現

　　DSP總線(xiàn)接口設計

　　ADSP TS201外部總線(xiàn)支持多種不同的協(xié)議，并且可以通過(guò)編程進(jìn)行配置。外部總線(xiàn)接口支持流水線(xiàn)協(xié)議，SDRAM協(xié)議和慢速設備協(xié)議。TS201可以采用流水線(xiàn)協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)存儲系統。另外TS201有片上的SDRAM控制器，支持與SDRAM的無(wú)縫連接。本設計中總線(xiàn)上的外設分別為SDRAM以及DSP加載程序的FLASH存儲器。

　　TS201處理器的SDRAM接口，支持1024、512、256字的頁(yè)面長(cháng)度，通過(guò)對SDRCON 寄存器的編程可實(shí)現頁(yè)面長(cháng)度的選擇。同時(shí)SDRAM占用TS201的外部存儲空間地址，通過(guò)/MSSD3～0來(lái)確定SDRAM的地址空間范圍。本設計選用的SDRAM型號為K4S511632M，頁(yè)面長(cháng)度為512字，將四片SDRAM拼接成64位的總線(xiàn)寬度，實(shí)現與TS201的無(wú)縫接口的256MB存儲空間。

　　DSP進(jìn)行運算除了其外部存儲器外，還需要對其自身進(jìn)行程序加載的BOOT FLASH。本設計中使用AT49BV321，設計中FLASH的CE信號需要使用DSP的BMS和MS0 相與后給入，這樣才能保證可以通過(guò)DSP的外總線(xiàn)給FLASH進(jìn)行在線(xiàn)編程。

　　系統應用

　　本文設計的高速數據采集與處理系統，借助上面介紹的硬件平臺，可以完成通用的數據采集與處理，其中關(guān)鍵的問(wèn)題就是后續的處理系統設計，即后續的信號處理系統完成的算法與功能。針對輸入信號的不同以及高速數據采集與處理系統的用途，后續的信號處理算法也具有多樣性。

　　數字下變頻

　　對于接收通道送來(lái)的中頻信號，由于本系統采用了105Msps的采樣率，故可以直接采樣后進(jìn)行下變頻處理，如圖3所示。數字下變頻器的組成包括數字混頻器、數字控制振蕩器和低通濾波器，全部可以在FPGA中實(shí)現，因為通過(guò)軟件進(jìn)行運算，乘法器和低通濾波器可以做到完全一致，解決了I、Q通道幅度不平衡的問(wèn)題，數字下變頻器的控制和修改也更加容易。

　　脈壓

　　在雷達回波信號處理中，通常利用線(xiàn)性調頻信號脈沖壓縮技術(shù)來(lái)獲得高的距離分辨率，它可以在保證雷達作用距離的情況下提高雷達的距離分辨率。數字脈沖壓縮就是利用數字信號處理的方法來(lái)實(shí)現雷達信號的脈沖壓縮，分為時(shí)域和頻域兩種實(shí)現方式。一般而言，對于小時(shí)寬帶寬積信號，用時(shí)域脈壓較好，可以用專(zhuān)用的FIR濾波器或FPGA設計實(shí)現;但對于大時(shí)寬帶寬積信號，用頻域脈壓較好，一般采用FFT方法在頻域實(shí)現。由于DSP芯片具有很強的數據處理能力，完全能夠滿(mǎn)足雷達脈沖壓縮信號處理實(shí)時(shí)性的需求。

　　動(dòng)目標檢測(MTD)

　　MTD是根據最佳濾波器理論發(fā)展起來(lái)的一種雷達信號處理技術(shù)。MTD濾波器是一組相鄰且部分重疊的窄帶濾波器組，覆蓋整個(gè)重復頻率的范圍。由于固定雜波和運動(dòng)目標回波的多譜勒頻移不相同，利用多譜勒濾波器濾去固定雜波而取出運動(dòng)目標的回波，就可以大大改善在雜波背景下檢測運動(dòng)目標的能力。采用加權法的每個(gè)濾波器具有較低的副瓣，可以抑制運動(dòng)雜波，還有在零頻附近的深凹口抑制固定雜波，具有較好的雜波抑制性能。MTD利用DSP內部的FFT運算實(shí)現相參積累，不但提高了系統輸出的信噪比，還增強了雷達在各種雜波以及干擾條件下的目標檢測能力。

　　上面舉了一些應用方面的例子，諸如MTI、CFAR、積累、求模以及目標錄取之類(lèi)的應用，在本系統中也可以輕松地實(shí)現。

　　結語(yǔ)

　　本文提出了一種基于FPGA和DSP的高速數據采集處理系統設計方案。該設計具有一定的通用性和可擴展性，FPGA可完成高速數據的存儲與相應的數據預處理，為DSP分擔部分信號處理工作，且硬件實(shí)現速度快于DSP的數據處理;采用浮點(diǎn)DSP進(jìn)行后續處理，提高了數據處理精度。該高速數據采集處理系統可以通過(guò)修改FPGA內部程序來(lái)實(shí)現其它功能擴展，并利用后續DSP的強大實(shí)時(shí)處理能力，完成更為復雜的數字信號處理，因此在工程應用上具有較強的通用性。

　　參考文獻

　　[1] 劉書(shū)明,蘇濤, 羅軍輝.TigerSHARC DSP應用系統設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004

　　[2] 　AD 公司TigerSHARC DSP 系列數據手冊- ADSP2TS201S 部分

　　[3] 　吳繼華,王誠. Altera FPGA/ CPLD 設計[M] . 北京:人民郵電出版社,2005 :53 - 88

　　[4] 　廖日坤. CPLD/ FPGA 嵌入式應用開(kāi)發(fā)技術(shù)白金手冊[M] . 北京:中國電力出版社,2005 :18 - 46

　　[5] 蘇濤,吳順君,廖曉群. 高性能數字信號處理器與高速實(shí)時(shí)信號處理[M] . 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002

　　[6] 楊小牛, 樓才義, 徐建良. 軟件無(wú)線(xiàn)電原理與應用[M] . 北京:電子工業(yè)出版社, 2001