本文關(guān)鍵詞：基于AP-SOC的掌上實時頻譜分析儀設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：頻譜分析儀器是對信號進行頻域分析的重要工具,它在電子與通信產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用。為了滿足迅速突發(fā)性干擾信號測試、跳頻系統(tǒng)測試、捷變頻雷達系統(tǒng)測試、電子對抗系統(tǒng)測試等應(yīng)用需求,對能夠滿足瞬態(tài)信號測試需求的實時頻譜分析儀的研究變得越來越重要。以實時頻譜分析處理為代表的數(shù)據(jù)處理需求對硬件平臺的性能提出了較高的要求,它要求平臺兼具較高的數(shù)據(jù)處理速度和靈活性。本文針對實時頻譜分析儀在基帶數(shù)據(jù)處理上對高速度和高靈活性方面的需求,研究了采用AP-SOC進行軟硬件協(xié)同處理的方案。將DSP中串行運算任務(wù)進行粗粒度分解,然后將各部分運算任務(wù)映射成PL內(nèi)部的硬件IP核,并將各個硬件IP核封裝成可供軟件層調(diào)用的加速庫,利用片內(nèi)雙核處理器控制數(shù)據(jù)流在各個硬件IP核上的流水線處理。利用硬件處理耗時的數(shù)學(xué)運算,利用軟件處理復(fù)雜的決策和控制,從而既簡化了硬件邏輯設(shè)計又提高了數(shù)據(jù)處理速度,使整個處理兼具數(shù)據(jù)處理的高速性和靈活性。本文的基帶處理速度可以滿足50MHZ的實時分析帶寬要求。為了實現(xiàn)上述方案,本文主要對以下幾個部分進行了研究:(1)、對頻譜分析運算過程中各個運算部分的時間消耗量進行了測量和分析,設(shè)計了將頻譜分析運算任務(wù)進行粗粒度分解,然后將各個運算任務(wù)定制成硬件IP核,并將各個硬件IP核的調(diào)用進行軟件層的封裝,將硬件的處理過程軟件化的方案。(2)、針對各個硬件IP核的獨立特性,設(shè)計了通過軟件控制數(shù)據(jù)在各個硬件IP核之間進行粗粒度流水線處理的方案。(3)、在AP-SOC平臺上面,實現(xiàn)了各個硬件IP核的邏輯設(shè)計、驅(qū)動設(shè)計、API軟件庫封裝和數(shù)據(jù)粗粒度流水線處理的軟件設(shè)計。(4)、實現(xiàn)了AP-SOC和AD9361之間的各個接口驅(qū)動,通過軟件控制驅(qū)動實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的連續(xù)采集,然后利用上述頻譜分析運算方案進行了信號實時處理。本文將設(shè)計的運算方法進行了軟件層和硬件層的設(shè)計和實現(xiàn),評估了運算過程中影響處理速度的各個因素,并對各個模塊進行了測試和分析,驗證了方案的可行性。完成了平臺底層硬件的接口配置和驅(qū)動開發(fā),打通了完整的數(shù)據(jù)通路,最終在硬件平臺上面進行了運算方案的整機測試,達到了預(yù)期的分析帶寬。
【關(guān)鍵詞】：實時頻譜分析 AP-SOC 軟硬件協(xié)同處理
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM935.21
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 研究背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)12-15
• 1.2.1 便攜式頻譜儀發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 數(shù)字信號處理平臺發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 AP-SOC發(fā)展現(xiàn)狀15
• 1.3 主要研究內(nèi)容15-16
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排16-18
• 第二章 掌上實時頻譜分析儀系統(tǒng)方案18-26
• 2.1 頻譜分析儀的原理和分類18-22
• 2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計22-25
• 2.2.1 掌上實時頻譜分析儀射頻方案22-23
• 2.2.2 掌上實時頻譜分析儀基帶處理方案23-24
• 2.2.3 掌上實時頻譜分析儀總體方案24-25
• 2.3 主要指標(biāo)25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 基于AP-SOC的頻譜分析運算方案設(shè)計26-37
• 3.1 頻譜分析運算方案研究26-28
• 3.2 AP-SOC片內(nèi)交互機制28-32
• 3.3 硬件IP核定制及其軟件庫封裝設(shè)計32-33
• 3.4 頻譜分析運算的軟硬件協(xié)同處理方案設(shè)計33-36
• 3.4.1 頻譜分析運算任務(wù)的粗粒度分解及硬件加速設(shè)計33-35
• 3.4.2 硬件IP核的軟件庫封裝設(shè)計35
• 3.4.3 數(shù)據(jù)在各IP核間的流水線處理設(shè)計35-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第四章 信號處理硬件IP核的設(shè)計及其軟件庫封裝37-48
• 4.1 信號處理硬件IP核的設(shè)計37-43
• 4.1.1 加窗實現(xiàn)37-39
• 4.1.2 FFT實現(xiàn)39-41
• 4.1.3 取模實現(xiàn)41-43
• 4.2 信號處理硬件IP核linux驅(qū)動實現(xiàn)43-45
• 4.3 軟件庫API封裝45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-48
• 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)48-61
• 5.1 軟件整體架構(gòu)48-49
• 5.2 接口驅(qū)動設(shè)計與實現(xiàn)49-55
• 5.3 基帶數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計與實現(xiàn)55-58
• 5.4 數(shù)據(jù)的流水線處理軟件設(shè)計與實現(xiàn)58-59
• 5.5 本章小結(jié)59-61
• 第六章 平臺測試和分析61-76
• 6.1 硬件平臺的搭建61-62
• 6.2 嵌入式linux系統(tǒng)搭建62-65
• 6.3 數(shù)據(jù)處理速率測試和分析65-70
• 6.3.1 PL到PS應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳輸性能測試和分析66-68
• 6.3.2 各個硬件IP核數(shù)據(jù)處理性能測試和分析68-69
• 6.3.3 各級流水線處理效果測試和分析69-70
• 6.4 頻譜分析測試70-75
• 6.4.1 測試方案70-72
• 6.4.2 頻率范圍測試72-74
• 6.4.3 頻譜分析帶寬測試74-75
• 6.5 本章小結(jié)75-76
• 第七章 總結(jié)與展望76-78
• 7.1 工作總結(jié)76
• 7.2 工作展望76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-81

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