基于SCA規范下FPGA的硬件抽象層設計

　　在FPGA上運行的波形組件，在設計時(shí)只需要按照HAL-C所定義好的格式設計好波形組件與HAL-C的交互即可。數據與其他模塊間交互的具體過(guò)程可交給HAL-C去完成，即將與具體接口相關(guān)的工作交由HAL-C去完成。也就是說(shuō)，在進(jìn)行軟件設計時(shí)不需要關(guān)心底層硬件模塊能為軟件設計提供怎樣的具體端口形式，而只要硬件抽象層模塊能夠滿(mǎn)足軟件模塊設計所需的數據傳輸速率就行。

　　3 在硬件平臺上實(shí)現HAL-C應用

　　為實(shí)現SCA規范下的數字信號處理功能，可以設計一個(gè)通用硬件平臺，其結構如圖5所示。該方案以FPGA、DSP為信號處理平臺的算法核心，以CPLD為結構的控制核心，從而構造一個(gè)具有通用性、可擴充、易升級的多功能信號處理平臺。

　　本設計中的FPGA采用Xilinx公司Virtex 5系列的2200萬(wàn)門(mén)器件XC5VLX220-1FF1760I以及500萬(wàn)門(mén)器件XC5VSX95T-lFF1136I。DSP選用TI公司的TMS320C6416T，該DSP具有的豐富的集成外設，可適應各種不同的應用需求。通用FLASH采用Spansion公司的S29GL512N10TAI高密度NOR型FLASH。S9GL512N的容量高達512Mbit，可以存儲多個(gè)版本的DSP和FPGA程序。NOR型FLASH的讀操作時(shí)序和EEPROM相同，讀／寫(xiě)操作最短周期為100ns，可以直接用于DSP的BOOT引導。TMS320C6416T與CPLD配合，可以控制FPGA配置文件的下載過(guò)程。FPGA芯片通過(guò)高速并行接口可與AD和DA直接相連，以進(jìn)行高速的數字處理。DSP芯片可通過(guò)EMIFA(外部存儲器接口)接口與FPGA進(jìn)行通信。

　　在實(shí)際應用中，平臺需以多模式的方式工作，并應根據需要實(shí)時(shí)更新功能程序。因此，用戶(hù)可在FLASH芯片中劃分區域，以將多種功能程序分別存儲在不同區域，并確定區域首地址。系統上電復位后，DSP和FLASH芯片先完成初始化，之后DSP會(huì )按照默認方式訪(fǎng)問(wèn)默認首地址并加載默認DSP和FPGA功能程序，以便系統工作在默認模式下；當需要更新模式時(shí)，主控設備先發(fā)送指令，DSP檢測到指令后，DSP便按照指令要求查到對應首地址，并從新功能的首地址開(kāi)始為DSP和FPGA加載新的功能程序，系統即工作在新模式下。如此便可在同一個(gè)硬件平臺上，通過(guò)動(dòng)態(tài)調用不同的軟件程序來(lái)實(shí)現多功能、多模式的工作。

　　利用此硬件平臺還可實(shí)現MSK數字調制解調功能。FPGA的硬件抽象層的實(shí)現可將FPGA與外部接口在FPGA內，用一個(gè)專(zhuān)用的小模塊來(lái)實(shí)現對外交互，并在這個(gè)特定模塊里定義好HC與外部交互的接口形式(如數據總線(xiàn)，相關(guān)的時(shí)鐘信號、控制信號等)。然后根據功能需要在FPGA內為AD、DA、DSP、CPLD以及互連的FPGA抽象出獨立的標準通信接口模塊ADHAL、DAHAL、DSPHAL、CPLDHAL和FPGAHAL，另外，還需要設計MSK調制和解調的HC模塊，其中調制部分包括DDS和數字正交上變頻兩個(gè)子模塊。數字正交上變頻可采用AD9779來(lái)實(shí)現。解調部分主要包括數字正交下變頻、基帶解調、中值濾波和位同步四個(gè)子模塊。這些HC模塊均為獨立的文件，而且各個(gè)模塊的參數均可配置。這樣便可利用上述編制好的文件來(lái)實(shí)現MSK調制解調功能。事實(shí)上，只需要在一個(gè)工程中把用到的文件包含進(jìn)來(lái)，并在頂層文件中實(shí)例化各個(gè)模塊，同時(shí)根據實(shí)際硬件連接約束FPGA的引腳，最后通過(guò)綜合實(shí)現并生成FPGA配置文件，再用DSP和CPLD來(lái)完成配置，即可實(shí)現如圖6所示的FPGA內部抽象層。也可以通過(guò)主機動(dòng)態(tài)配置各個(gè)模塊的參數以及連接關(guān)系，以實(shí)現不同頻段的調制和解調。如果要完成其它方式的數字調制解調，只需要把MSK調制和解調的HC模塊替換為其他數字調制解調算法，并通過(guò)主機發(fā)送指令重新對FPGA進(jìn)行配置即可。這樣就可提高軟件模塊的可移植性、可重用和可互操作性。

　　4結束語(yǔ)

　　通過(guò)HAL-C提供的平臺，不但可使波形應用開(kāi)發(fā)者從底層硬件的細節處理中脫離出來(lái)，專(zhuān)注實(shí)現組件的算法功能，而且，基于FPGA硬件抽象層連接設計的軟件，還具有很好的可移植性，因而能有效縮短系統開(kāi)發(fā)周期，提高系統開(kāi)發(fā)效率。