基于FPGA的宽带无线通信系统设计

欢迎网上投稿《微型机与应用》2011年第30卷第5期基于FPGA的串行通信控制系统的设计王媛媛，刘树林，刘宁庄，童军(西安科技大学电气与控制工程学院，陕西西安710054)摘要：在AlteraCycloneII平台上采用“自顶向下”的模块化设计思想及VHDL硬件描述语言，设计了串行通信控制系统。在QuartusII软件上编译、仿真后下载到FPGA芯片EP2C5Q208上，进行在线编程调试，实现了串行通信控制功能。基于FPGA的系统设计调试维护方便、可靠性高，而且设计具有灵活性，可以方便地进行扩展和移植。关键词：FPGA；通信控制系统；模块化；VHDL中图分类号：TN402文献标识码：A文章编号：1674-7720(2011)05-0057-03DesignofserialcommunicationcontrolsystembasedonFPGAWangYuanyuan，LiuShulin，LiuNingzhuang，TongJun(CollegeofElectricalandControlEngineering，Xi′anUniversityofScienceandTechnology，Xi′an710054，China)Abstract：ThedesignisbasedonCycloneIIofAlteracompany.Itisaserialcommunicationcontrolsystemdesignedby“toptodown”modularizationideaandVHDLprogramminglanguage.AfterusingthesoftwareofQuartusIItocompileandsimulate，thedesignisdownloadedtoFPGAchip———EP2C5Q208andprogrammed，debuggedonline.Thesystemimplementedserialcommunication.DesignofsystembasedonFPGAiseasytodebug，andhashighlyreliabilityandagility.Itiseasytoexpandandreplant.Keywords：FPGA；communicationcontrolsystem；modularization；VHDL基于现场可编程门阵列FPGA的系统开发可以广泛应用于各行各业，ASIC设计、通信、控制、电力电子等。其主要优点有：设计周期短、功耗低，可实现更高集成度的数字系统和嵌入式系统等。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新进行配置，以实现数字逻辑电路以及基于FPGA的SRAM、查找表(LUT)等。FPGA还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改，从而提高设计的可靠性、稳定性和灵活性。传统的设计中，FPGA的功能仅局限于集成电路的应用和验证，然而随着电子技术的迅猛发展，集成度更高，功耗更低，基于FPGA的电路设计将发挥出更大的优势，使得在一片FPGA中实现一个完备的数字处理系统成为可能[1-3]。本文提出的基于FPGA的串行通信控制系统的设计与实现，是在Altera公司的FPGACycloneII芯片EP2C5的基础上实现的，运用VHDL语言编程，在QuartusII软件上进行编译、仿真，最终在FPGA开发板上成功实现下载和调试验证。1串行通信控制系统的基本原理基本的通信方式可分为并行通信和串行通信两种。并行通信就是数据以成组的方式在多个并行信道上同时传输；而串行通信则是在传输过程中，二进制数据一位一位的通过一条通信信道，并且按照规定的规程依次传输，实现计算机与计算机或计算机与外部设备之间的通信(数据交换)。由于串行通信的收发方都只需要一条数据线，比较容易实现，而且长距离传输时也更加可靠，因此其应用十分广泛[4]。串行通信控制系统的模型如图1所示，其基本原理是：信息源将待传输的消息转换成原始电信号(如电话系统中的电话机就可看成是信息源)；发送设备对原始电信号进行某种变换或处理，使电信号符合信道的传输特性要求；信道是信息传输的通道，在串行通信时，代表信息的数字信号序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输；接收端从收到的信号中恢复出相应的原始信号；受信者则将复原的原始信号转变成相应的消息(如电话机将对方传来的电信号还原成了声音)；噪声源是网络与通信NetworkandCommunication57《微型机与应用》2011年第30卷第5期信道中的所有噪声及通信系统中噪声的集合[5]。2系统整体设计方案2.1系统功能(1)通过4×4键盘输入0~F数据，并将此输入数据发送给上位机，上位机可以准确接收所发送的数据。(2)通过LED准确接收上位机串口调试助手发送的数据。(3)波特率可分为2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s、38400b/s，并且可以随意修改。2.2设计方案整个设计在AlteraCycloneII平台上采用了“自顶向下”的模块化设计思想，并使用硬件描述语言VHDL对电路进行描述。根据功能要求，系统可分为4×4键盘扫描输入模块、LED显示模块、接收模块、发送模块和波特率产生模块5个功能模块，系统原理框图如图2所示。

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一种基于POWERPC+FPGA的无线系统设计与实现

作者：杨柏松

来源：《计算机光盘软件与应用》2014年第01期

摘 要：在军事、抢险、应急通信等复杂环境中对无线系统需求日益增多以及多样化，本文提出一种基于PowerPC+FPGA的无线系统来应对无线系统需求和多样化的需求，阐述了硬件设计与现实，引导程序uboot、嵌入式操作系统linux、设备树如何对新平台支持与实现，以及FPGA驱动的设计与实现。实验结果显示，本文设计的无线系统硬件设计合理，uboot和linux工作稳定，FPGA驱动设计合理高效，实现无线系统之间点对点的通信，满足设计要求。

关键词：PowerPC；FPGA；CompactPCI；嵌入式操作系统；PCI；PCIe；eLBC；eTSEC

中图分类号：TP391.41

在军事、抢险、应急通信等复杂环境中对无线通信系统需求日益增多，同时现有的通信网络结构又无法满足对这些复杂环境下的移动性、抗毁性、鲁棒性、易构性等要求[1]。随着嵌入式处理器设计和工艺的发展，嵌入式处理器的性能越来越高，基于嵌入式的无线系统可以很好的满足这种复杂环境下的应用，同时也能满足体积和功耗限制的要求。本文选择用PowerPC和FPGA来实现无线通信系统的设计；PowerPC实现对操作系统的支持，FPGA实现了无线通信的链路层和物理层，方便无线通信链路层和物理层的更新，应对通信系统多样化的需求，PowerPC的CPU和FPGA都有工业级的芯片，能很好满足复杂工作环境下的要求。

本文介绍基于PowerPC+FPGA的无线系统的硬件设计与现实，描述引导程序、嵌入式操作系统、设备树如何对新平台的支持与实现，以及FPGA驱动的设计与实现。

1 设计硬件结构

基于FPGA+FPGA的无线系统可以支持一路无线信号收发也可以支持多路无线信号收发，为了兼容性和互换性，以及项目整体设计和结构要求，设计时把CPU+FPGA放在一个板卡：网络基带板，ADC、DAC和射频部分放在一个板卡：射频板，射频板实现了一路无线信号的接收和发射；网络基带板和射频板都做成6U CompactPCI标准，通过背板连接。网络基带板主要由CPU核心模块、FPGA模块、系统电源、复位及上电配置电路、系统时钟电路组成如图1。其中CPU核心模块电路主要包括CPU处理器、FLASH存储器、DDR2 SDRAM存储器、RS232串口、JTAG接口、两个千兆以太网接口、三个USB2.0接口、一个MiniPCIe接口、一个PCI接口等；FPGA部分主要包括DDR2 SDRAM、SPI FLASH、RS232、LVDS和CMOS信号接口。射频板主要由ADC、DAC、正交调制/解调电路、混频器、频率综合器、滤波器、功龙源期刊网

第２ｌ卷第５期　

２００８年１０月　四川理工学院学报（自然科学版）　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＩＣＨＵＡＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ（ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＥＤＩＴＩＯＮ　Ｖｏｌ｜２１　Ｎｏ．５　

０ｃｔ．２００８　

文章编号：１６７３—１５４９（２００８）０５—００５８—０３　

基于ＦＰＧＡ的软件无线电信道处理研究　

周红兵，龚江涛　

（湖南铁道职业技术学院电气工程系，湖南株洲４１２００１）　

摘要：文章重点研究了软件无线电（Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｆｉｎｅｄ　Ｒａｄｉｏ，ＳＤＲ）中不同信道的处理技术，其技术关键在于　

构建不同频段的数字滤波器进行不同信道信息的接收处理。提出了基于ＦＰＧＡ的软件无线电信道处理方案，并与　

传统的ＤＳＰ方案及算法做了对比。在建立软件无线电信道模型的基础上，详述了适于ＦＰＧＡ结构的分布式算法，　

并得出了该算法在ＦＰＧＡ中实现的模块结构图。研究认为，相比ＤＳＰ方案，ＦＰＧＡ方案在工作速度及性能上有较大　

优势。　

关键词：软件无线电；信道；ＦＰＧＡ，ＦＩＲ滤波器　

中图分类号：ＴＮ９２　文献标识码：Ａ　

引言　

软件无线电的核心思想是构建一个采用数字无线　

电技术的通用硬件平台，通过实时的软件控制，用户能　

定义该平台的工作模式，包括工作频带、信号速率、调制　

方法、多址方式、接口协议、业务种类等，从而使一个硬　

件平台能实时地转变为不同技术标准的通信系统【ｌｌ。　

为了对不同频带信号进行不同的信号处理工作，通　

常采用ＤＳＰ处理器对接收频段、调制解调方式、滤波器　

特性等进行编程控制，以提高通信设备的性能和设计的　

灵活性。但是采用ＤＳＰ处理器的解决方案因自身的技　

术瓶颈（如运行速度、吞吐量、总线结构的可变性、系统　

的可重构配置性、硬件可升级性等）而日益面临着挑战。　

如图１所示为软件无线电的传统实现方法。　

＝＝］．．　／乱．１高　器Ｈ　ＲＦ　Ｈ　Ｈ　ｌ一兰　

一　ｌ转换ｌ　ｌ各种功能　数字接口　

！　＝　ＣＮ１２一ｌ３５２／Ｎ　实　验　室　科　学　ＬＡＢ０ＲＡＴＯＲＹ　ＳＣＩＥＮＣＥ　第１６卷第３期２０１３年６月　Ｖｏ１．１６　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．２０１３　

基于ＦＰＧＡ的通信原理实验平台研制与应用　

梁仕文，邓洪波，梁志明，李　冰，李　磊　

（华南理工大学电子与信息学院，广东广州　５１０６４０）　

摘要：基于软件无线电为目前通信技术的发展方向，相位调制在数字调制技术中具有重要的地位，并结合　扩频通信在移动通信系统中的广泛应用，在卓越工程师培养背景下，以ＦＰＧＡ技术为基础研制了以扩频通信　收发系统设计为基本案例的通信原理实验平台。教学实践证明，该平台综合了开放性设计平台与传统验证性　实验箱的优点并与工程应用紧密结合，既促进学生对通信专业知识的熟练掌握，激发学生的实验兴趣和创新　意识，又显著提高了学生的创新能力和工程应用能力，值得在高校中推广。　关键词：通信原理；ＦＰＧＡ；实验平台　中图分类号：ＴＮ９１１．７２　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４３０５．２０１３．０３．０４６　

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｆｏｒ　

ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　

ＬＩＡＮＧ　Ｓｈｉ—ｗｅｎ，ＤＥＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｂｏ，　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　

５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）　ＬＩＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｍｉｎｇ，ＬＩ　Ｂｉｎｇ，ＬＩ　Ｌｅｉ　

Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｒａｄｉｏ　ｉｓ　ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ　ｉｎ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｐｈａｓｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍ—