基于SOPC的分布式干扰系统嵌入式网关设计

 　　在本文设计的分布式干扰系统的嵌入式网关中，SysACE CF卡、中断控制INTC、GPIO和串口UART与MieroBlaze处理器之间只进行参数传递，对速度要求不高，因此使用PLB总线与MieroBlaze处理器和多端口内存控制器(Multi Port Memory Controller，MPMC)相连；MPMC与Mic-roBlaze处理器之间使用XCL相连。自定义IP核FFT输出信号的频谱数据，对传输速度要求很高，因此使用FSL总线与MicroBlaze内部通用寄存器直接相连。DDC输出信号的时域数据，对传输速度要求最高；为满足传输速度要求，本文参照以太网控制器Soft TEMAC开发了XPS_LL_Exam-ple IP核，通过该IP核的LocalLink接口将信号的时域数据传输到MPMC中进行处理。分布式干扰系统的嵌入式网关片上总线设计如图2所示。

　　2．3 SOPC的实现

　　本文设计的SoPC是利用Xilinx公司的嵌入式开发套件(Embedded Development Kit，EDK)实现的。EDK集成了硬件平台产生器、软件平台产生器、仿真模型生成器、软件编译器和软件调试等工具。用户使用EDK可以对硬件平台进行任意的添加和裁减，同时可以方便地添加自定义的IP核，极大地方便了开发过程，提高设计效率。本文利用EDK实现图2所示的各功能部件IP核的添加，并实现了IP核的地址分配和总线架构、外设接口的连接。

　　3 分布式干扰系统中嵌入式网关的软件设计

　　分布式干扰系统中嵌入式网关的软件包括嵌入式操作系统和网络应用程序。EDK集成了软件平台产生器、软件编译器和软件调试等工具，因此，软件设计也在EDK进行。

　　3．1 嵌入式操作系统的选用

　　嵌入式操作系统是嵌入式软件技术的核心，介于嵌入式系统硬件和应用程序之间，负责调度并管理应用程序，完成对嵌入式系统硬件的控制和操作。嵌入式操作系统的选用主要考虑实时、高可靠、低功耗、可抑制性和兼容性、软件开发难易等因素。本文主要是对分布式干扰系统的网络通信进行技术验证，因此选择较为简单的Xilkernel操作系统。

　　Xilkernel是Xilinx公司提供的用于EDK系统的小型、模块化的嵌入式操作系统。Xilkernel的内核完整，且占用CPU资源较少，运行速度快，是中小型设计的理想操作系统。Xilkernel本身不带有文件处理系统和TCP／IP协议栈，但与LwIP库和Treck协议栈具有良好的接口，加上文件系统支持库LibXil MFS，可形成较为复杂的嵌入式操作系统。

　　首先，在EDK的软件平台设置中选择Xilkernel，并选择相应的文件系统和TCP／IP协议栈，本文选择xilfatfs文件系统和lwip130协议栈。然后在操作系统和库函数界面对操作系统进行配置，主要进行输入／输出、线程和计时器的设置。最后执行产生库函数和BSPs文件，即可生成与嵌入式系统硬件平台相匹配的嵌入式操作系统环境。

　　3．2 网络应用程序的开发

　　分布式干扰系统中嵌入式网关传输的主要数据为侦察信号时域和频域数据，直接影响着网络通信的效率，因此，本文只对侦察信号时域和频域数据的传输进行检测。网络应用程序采用顺序执行的结构方式。为了能够响应外围设备的中断请求，在程序中为多个外围设备提供了相应的中断服务程序。网络应用程序的流程图如图3所示。

　　4 系统调试

　　用一根千兆网线将图1所示的硬件系统与PC机相连，在PC机上开发网络客户端程序，发送控制侦察接收机的数据。使用信号线将AR-ONE通信接收机输出端与A／D板相连，A／D模块使用ADI公司的模数转换器(ADC)AD9460。在侦察接收机受控工作时，使用串口线将图1所示硬件系统与AR-ONE通信接收机串口输入相连；在侦察接收机自主工作和系统调试时，使用串口线将图1所示硬件系统与PC机相连，在超级终端中观察系统运行状态。将信号源与AR-ONE通信接收机信号输入端相连。将软硬件联合编译生成的bit文件下载到FPGA开发板上，信号源输出95.5MHz的FM信号，在PC机上使用无线电监测测向系统进行监测，如图4、图5所示。

　　经比对，PC机上显示的正是信号源输出信号的频域和时域波形。

　　5 结语

　　本文设计了一个基于FPGA的SoPC，利用此SoPC的网络功能可实现PC机对通信接收机的控制，并可将接收机侦察信号的频域和时域波形实时的传回PC机。同时，基于FPGA IP核的设计，使各功能部件集中在FPGA芯片上，满足了分布式干扰系统对体积、成本、功耗和灵活性的要求。如再加上无线收发模块，该SoPC可作为分布式干扰系统网关的一种解决方案。