基于PCI和LVDS的接收機(jī)測(cè)試源設(shè)計(jì)

第第頁基于pci和lvds的接收機(jī)測(cè)試源設(shè)計(jì)幾乎全部的信息系統(tǒng)（如電話、電視等）都在經(jīng)受從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變。數(shù)字硬件系統(tǒng)有處理算法與硬件充分的自立；軟件升級(jí)容易迅速等優(yōu)點(diǎn)。因此，數(shù)字接收機(jī)已經(jīng)開頭應(yīng)用于移動(dòng)通信，民航空中管制系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)成像等方面。在教學(xué)中也開頭接觸到數(shù)字接收平臺(tái)。

在無線通信系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)中，提供臨近真切的數(shù)據(jù)和臨近真實(shí)數(shù)據(jù)率的數(shù)據(jù)是檢驗(yàn)算法的性能和效率所必需的。而與真切系統(tǒng)相銜接是不須要和高成本的。因此設(shè)計(jì)階段提供一個(gè)近似的替代（數(shù)據(jù)模擬源）是最好辦法。

本文針對(duì)數(shù)字接收機(jī)測(cè)試設(shè)計(jì)一個(gè)牢靠而且通用的模擬測(cè)試數(shù)據(jù)源。該主要是為軟件產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)提供一個(gè)到達(dá)數(shù)字接收處理機(jī)的通路，并提供一個(gè)pc機(jī)與處理機(jī)通信的平臺(tái)。該數(shù)據(jù)源采納了標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)互聯(lián)（pci）和低壓差分信號(hào)（lvds）傳輸以保證系統(tǒng)的高數(shù)據(jù)率。在軟件設(shè)計(jì)上采納分層結(jié)構(gòu)協(xié)作驅(qū)動(dòng)程序提供了最大的系統(tǒng)靈便性。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)模型

圖1示出了數(shù)字接收機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)框圖，主要是由處理機(jī)和模擬數(shù)據(jù)源模塊組成。

1.軟件模擬源及顯示控制：按照模擬環(huán)境(數(shù)據(jù)率、信號(hào)干擾)產(chǎn)生模擬數(shù)據(jù)及回送結(jié)果的分析。

2.驅(qū)動(dòng)程序：對(duì)（硬件端）它負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，板卡ram在內(nèi)存的映射，中斷的管理等。

3.處理機(jī)：高速處理機(jī)由a2116高速dsp組成，專注于高速數(shù)據(jù)流的算法。

模擬數(shù)據(jù)源形態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)pci板卡，框圖見圖2。

模擬數(shù)據(jù)源包含pc機(jī)和處理機(jī)的高速通道和模擬前端數(shù)據(jù)流的應(yīng)用程序。通用計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)源產(chǎn)生和分析工具。這樣提供了最大的靈便性。數(shù)據(jù)模擬卡電路主要由7個(gè)部分組成：pci橋負(fù)責(zé)本地總線和pc機(jī)pci總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換；控制規(guī)律由和下載電纜組成，修改功能可以完成測(cè)試、接收、發(fā)生數(shù)據(jù)的控制規(guī)律。

雙口ram作為該板的數(shù)據(jù)緩存；lvds串行器（ser）負(fù)責(zé)接收控制規(guī)律來的數(shù)據(jù)串行后送到傳輸線上；lvds接收解串器（des）接收傳輸線上來的串行數(shù)據(jù)，解串后無誤的送到控制規(guī)律中由其處理（存儲(chǔ)到ram或轉(zhuǎn)換狀態(tài)）；電源形成所需的電源；時(shí)鐘電路為板卡的規(guī)律器件提供穩(wěn)定的本地時(shí)鐘源。

2.2pci橋接電路

pci是工業(yè)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)有32/64位寬度，33/66mhz頻率，pci總線電信號(hào)采納電波反射增加原理，最高理論可達(dá)4224mbps。支持突發(fā)傳輸?？偩€設(shè)備可高效配置，可保證設(shè)備并行處理。設(shè)計(jì)中我們選用plxtech公司的pci9052芯片。內(nèi)部功能見圖3。

9052是一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換電路，它將本地端的芯片銜接到pci總線，將pci命令(讀寫寄存器、內(nèi)存、io)翻譯到本地端舉行相應(yīng)的操作。9052內(nèi)部提供了兩套配置寄存器：pci配置空間寄存器和是本地配置寄存器，分離提供pci和本地端的配置信息。硬件設(shè)計(jì)上對(duì)pci端布線長度有等長度限制外沒有特殊要求。

2.3lvds電路

lvds(lowvoltagedifferentialsignaling)是采納低擺幅差分信號(hào)(350mv)傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)，可以達(dá)到百到千兆位每秒的速率。lvds具有速度高、功耗低、輻射小、成本低、抑制共模干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。我們選用maxim生產(chǎn)的max9205/7(ser)串行器和max9206/8(des)解串器對(duì)實(shí)現(xiàn)lvds。lvds電平的傳輸沒有特殊要求，cat3/cat5能夠達(dá)到10m的傳輸要求可以滿足我們的測(cè)試要求。因此我們采納rj45插座，同時(shí)背板注重了阻抗匹配及鋁殼屏蔽抗干擾的問題。

在ser/des發(fā)送和接收數(shù)據(jù)前，必需對(duì)發(fā)送和接收鏈路舉行初始化(把des和ser的pll同步到各自的本地時(shí)鐘)。當(dāng)ser同步到本地時(shí)鐘后，des同步到串行器，最后完成初始化過程。同步結(jié)束之后，ser和des開頭傳輸數(shù)據(jù)幀，因?yàn)槊恳粠虚_頭比特1，10比特?cái)?shù)據(jù)，結(jié)束比特0，因此ser輸出為12倍傳輸時(shí)鐘。數(shù)據(jù)率十分高。

2.4控制規(guī)律fpga

我們選用altare的epf6016設(shè)計(jì)控制規(guī)律。altare的開發(fā)工具maxplusii和器件十分優(yōu)秀；并且支持在線編程。為了保持設(shè)計(jì)的完美，我們將控制規(guī)律設(shè)定了兩種工作模式，數(shù)據(jù)模式(見圖4)和測(cè)試模式。通過下載電纜修改規(guī)律設(shè)計(jì)就可以轉(zhuǎn)變其工作模式。

數(shù)據(jù)模式中雙口ram被分成0體和1體展現(xiàn)乒乓結(jié)構(gòu)，這樣交錯(cuò)用法可以在lvds上形成高速的數(shù)據(jù)流，以模擬大規(guī)模陣列或者通信天線的輸出。測(cè)試試探中l(wèi)vds收發(fā)器形成回路，用于規(guī)律自檢和板塊測(cè)試。

2.5存儲(chǔ)和外圍電路

我們采納雙端口7133/7134提供乒乓存儲(chǔ)。一個(gè)端口與pci9052無縫銜接，作為pci挺直操作的緩存。另一個(gè)端口與控制規(guī)律銜接，供fpga拜訪。pc機(jī)主板提供了5v電源，通過lt1117-3.3直流轉(zhuǎn)換器將5v轉(zhuǎn)換成3.3v供lvds。為了lvdspll能夠有效鎖定，因此用法40m時(shí)鐘模塊通過fpga編程分頻后提供時(shí)鐘。圖5為模擬數(shù)據(jù)源板卡成品。

3軟件設(shè)計(jì)

模擬源軟件包括驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。

本課題中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要任務(wù)是在系統(tǒng)內(nèi)存空間中守護(hù)一塊內(nèi)存，作為pci板卡上雙口ram的鏡像，即完成雙口ram和內(nèi)存的同步。當(dāng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)從內(nèi)存中拷貝到pci板卡ram中；接收數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)從pci板卡ram中拷貝到系統(tǒng)內(nèi)存中。該功能通過在驅(qū)動(dòng)程序加載時(shí)調(diào)用內(nèi)存分配函數(shù)完成。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中涉及到了系統(tǒng)中斷，驅(qū)動(dòng)程序還要在系統(tǒng)中設(shè)置中斷服務(wù)例程(isr)。應(yīng)用程序完成模擬數(shù)據(jù)產(chǎn)生，分析等算法相關(guān)的內(nèi)容。應(yīng)用程序開發(fā)目的是提供一個(gè)于matlab的良好銜接，使其能夠和matlab環(huán)境協(xié)調(diào)工作，充分利用matlab的數(shù)學(xué)分析、計(jì)算能力(將另文論述)。

4結(jié)論

本文針對(duì)數(shù)字接收機(jī)平臺(tái)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了一種通用的測(cè)試數(shù)據(jù)源。該模擬數(shù)據(jù)測(cè)