基于FPGA的无线通信收发模块设计方案

2009-12-10 00:17:09来源: EDN China

  1 前言

  近年来,随着半导体工艺技术和设计方法的迅速发展,系统级芯片SOC的设计得以高速发展,这已成为业界热点。但是,由于SOC产品设计具有开发周期相对较长、高成本和高风险等特点,对市场的变化非常敏感,这使得SOC在消费电子、汽车电子、工业设计领域的发展进程仍然缓慢。与此同时,当今的制造工艺能够提供更多更高速的逻辑、更快的1/O和更低价位的新一代可编程逻辑器件,现场可编程门阵列(FPGA)己然进入嵌入式应用领域,高性能FPGA也不再局限于引进系统粘合逻辑,也可作为SOC平台,而在过去,由于性能缘故,只有专用集成电路(ASIC)或专用标准产品(ASSP)才能达到相应的要求。不仅如此,由于FPGA的现场可编程特征,它己成为更具灵活性和广泛性发展前景的工业设计平台。

  FPGA可轻易地被修改变更、修复缺陷,或在用户需要升级和配合市场发展时去创制未来的衍生产品。这一趋势在工业无线通信设计方面更加明显。当考虑到上市时间、实施灵活性及未来过时等问题时,采用FPGA作为专用芯片设计是一个最佳的项目实施方案。

  基于摩尔斯信号的通信是人类最早的无线通信方式,它仍应用在海事移动通信、航空移动通信、广播、卫星通信当中。由于摩尔斯电码信号通信的传统性、经济性和有效性,它在海事移动通信中仍占主导地位,特别是船与船、船与岸、岸与船之间的摩尔斯通信更是占据通信业务总量的80%以上。

  基于PC机的MORSE电码信号自动处理己经实现,但在海事移动通信中,它还是受到一些客观条件的约束,缺泛方便性和灵活性。本文从基于FPGA平台的专用芯片设计技术入手,分析和设计了一种摩尔斯电码的无线通信发射模块设计方案,并对设计进行了仿真验证。

  2 可编程逻辑电路设计方法

  基于可编程逻辑电路的设计基本方法,一种是传统的系统硬件电路设计方法,它是采用自下而上(bottom-up)的设计方法。另一种就是20世纪80年代开始兴起的EDA(Electronic Design Automation)硬件电路设计方法。

  随着大规模专用集成电路的开发和研制,为了提高开发效率和增加己有开发成果的可继承性,以及缩短开发时间,各种新兴的EDA工具开始出现,特别是硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)的出现,使得传统的硬件电路设计方法发生了巨大的变革,新兴的EDA设计方法采用了自上而下(top-down) 的设计方法。所谓自上而下的设计方法就是从系统总体要求出发,自上而下地逐步将设计内容细化,最后完成系统硬件的整体设计。利用语言对系统硬件电路的自上而下设计一般分为三个层次:第一个层次为行为描述,它是对整个系统的数学模型的描述;第二层次是寄存器传输描述RTL,又称为数据流描述; 第三层是逻辑综合。

  利用逻辑综合工具,可将RTL方式描述的程序转换成为用基本逻辑元件表示的文件一门级网表,也可将综合结果以逻辑原理图方式输出,也就是说逻辑综合结果相当于在人工设计硬件电路时,根据系统要求画出了系统的逻辑电原理图。再对逻辑综合结果在门电路级上进行仿真,并检查定时关系,如果一切正常,那么系统的硬件设计基本结束。自上而下设计系统硬件的过程如图一所示。

自上而下设计系统硬件的过程

图一:自上而下设计系统硬件的过程

  由逻辑综合工具产生门级网表后,在最终完成硬件设计时,还可以有两种选择:一种是由自动布线程序将网表转换成相应的ASIC芯片的制造工艺,定制ASIC芯片;第二种是将网表转换成相应的PLD编程码点,利用PLD器件完成硬件电路的设计。

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关键字:FPGA  无线通信  收发模块

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/1210/article_846.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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