用于MF-TDMA卫星通信系统的数据采集卡设计

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:625

1 引言

　　目前，mf-tdma多址方式被广泛地应用于卫星通信体制中，主要用来承载ip通信的业务。在mf-tdma卫星通信系统中，下变频后的中频模拟信号的数字化采集是对其进行后端数字信号处理的基础。目前，大部分数据采集传输多采取基于pci总线协议的高速数据传输方式，而基于母板加背板的系统，其模块化程度、灵活性更高。例如，采用一块用作数据处理的母板加一块数据采集的ad板和一块da变换的da板，就可以构成一套完整的tdma卫星信号还原系统。

　　pci mezzanine card(pmc)标准基于pci协议。pmc背板的物理接口由4个64管脚的接插件组成，分别是pn1，pn2，pn3和pn4。采用pmc背板，是获得高速数据传输和扩展母板系统功能的一种良好方案。笔者设计了一种pmc背板标准的数据采集卡，该采集卡增加了数字下变频(ddc)模块对数据进行预处理，扩展了系统功能。

2 数据采集卡硬件结构

　　该采集卡采用的母板基于adsp-ts201dsp芯片，并行信号处理板上有4片ts201，有2个pmc背板接口，用来完成mf-tdma中频模拟信号的a／d变换、数字下变频(ddc)和数据的高速采集工作。系统硬件结构如图1所示。

　　先对中频模拟信号进行a／d变换后，数字信号分两路传输：一路经专用的ddc芯片进行数字下变频处理，调整信号的频率和速率；一路直接送入fpga，利用fp-ga的ip核设计ddc模块，对其进行下变频。这样，可根据需要灵活选择数字下变频模块。本系统使用专用的ddc芯片实现数字下变频，得到的基带信号送入fpga中。这时，为数据输出也设计了两条通路。一条通路是将fpga作为局部总线处理器与pci-io接口芯片进行通信，控制接口芯片实现局部总线和pci总线的协议转换，由pmc背板上pn1～pn3口定义的pci总线接口将数据传输至主机或数据处理母板。另一条通路是利用pmc的pn4口自定义一个高速接口，通过fpga的控制，将数据送至数据处理母板。其中，fpga和pci-io接口芯片是整个系统的核心，最重要的数据传输及控制都由其协同工作完成。主要芯片有：

　　1) a／d芯片选用ad公司的ad6645芯片，14 bit量化输出，采样率105 ms／s，sfdr 100 db，采样时钟80 mhz。

　　2) ddc芯片选用ti公司的gc4016芯片，提供4个独立的下变频通道，每个通道有i和q两路输出，可配置数字下变频的各种参数，如载频、相位、滤波器系数、重采样滤波系数、抽取因子、输出模式等。每个控制寄存器都有一个唯一的5 bit地址，寄存器位宽为8 bit。

　　3) fpga芯片选用altera公司的高性能芯片ep2s60f484c5。

　　4) pci-io接口芯片选用plx公司的pci9656芯片，可完成64 bit／66 mhz pci总线和32 bit／66 mhz用户局端总线的协议转换，是比较先进的pci接口芯片。

3 系统软件结构

　　系统的总体软件结构如图2所示。

　　系统运行时，由主机应用程序发送消息给设备pci驱动程序，驱动程序接收到消息后翻译成pci总线上的i／o操作信息，再经过pci9656的总线协议转换，通过局部总线将此消息传递给fpga，最终由接口控制逻辑进行相应的处理。

1) fpga接口控制逻辑设计

　　fpga的接口控制逻辑主要完成以下工作：对pci总线上发送的控制命令进行译码、采集并简单处理ddc输出的基带数据、缓存数据、通过pci总线或用户自定义接口传输基带数据等。图3是接口控制逻辑的原理框图。

　　首先，基带数据采集模块按照基带数据的输出时序将有效数据采集下来，再将数据送人两个通道进行传输：用户自定义接口和pci接口。例如使用pci接口传输数据，当数据写入pci接口fifo至半满时，发起一次局部端中断，并被映射为pci端中断，响应中断后在中断服务程序中启动一次pci9656的dma读操作，将fifo中的数据读出，传至主机或数据处理母板。

　　局部总线接口模块用于fpga和pci9656的局部总线时序连接，即实现从模式写操作和dma读操作的局部总线时序，按照pci9656局部总线处理流程设计即可。

　　控制命令译码模块用于将局部总线space0地址存放的控制命令进行译码输出，再存储在控制命令寄存器中，以控制系统的运作。控制命令包括：fifo的控制信号、pci中断使能、数据通路选择信号等；ddc控制寄存器的片选信号、写使能、读使能、地址和数据等。控制命令采用pci9656的从模式单周期写操作进行传输。

2) 设备pci驱动程序

　　基本功能是对设备进行识别和初始化、对内存和i／o端口进行操作、对中断进行设置、响应和调用等，来控制pci总线上的数据操作。在本系统中，驱动程序由plx公司提供的软件开发包(sdk)产生，将该开发包安装在操