数字信道化接收机接口设计与PCI驱动开发

论文摘要

电子战接收机用于侦查接收雷达信号和通信信号,是电子战中侦察系统和情报保障体系中的重要组成部分。本文介绍了一种基于AD6654+FPGA+DSP+PCI9054硬件结构的数字信道化接收机板卡的接口设计,PCI驱动开发以及AD6654的配置。系统接口包括FPGA通过桥接芯片PCI9054与工控机CPCI总线通信的PCI接口,FPGA与DSP通信的全双工链路口,以及FPGA与AD6654通信的SPI串口和并口。CPCI工控机的操作系统通过设备驱动程序来控制接收机板卡,需要开发基于Windows操作系统的PCI驱动程序。直接下变频器件AD6654负责A/D采样和数字下变频,也需要对其寄存器进行配置。首先介绍了软件无线电接收机基础理论和本课题接收机的系统结构、工作流程、各部分的主要功能以及数据流量分析。其次,详细讨论了系统中各个接口的设计。对于PCI接口,首先配置桥接芯片PCI9054,它是接收机板卡数据总线与工控机CPCI总线相连接的桥梁,负责将CPCI端复杂的PCI协议信号转换为相对简单的本地端信号。再设计与PCI9054本地端连接的FPGA接口模块,就实现了接收机板卡与CPCI工控机的通信。对于链路口,根据DSP-TS201规定的链路口协议,利用QuartusⅡ软件提供的DDR处理IP核,在FPGA中设计将32位数据通过4对差分线进行数据传输的链路口发送和接收模块。对于SPI串口与并口,根据各自的传输协议,设计FPGA的SPI串口模块和并口模块。其中SPI串口实现了系统对AD6654寄存器的初始化配置,而AD6654下变频处理后的数据通过并口传给FPGA进行缓存和下一步处理。本课题的接收机处理板是CPCI工控机的PCI设备。本文基于WDM设备驱动模型,使用DriverWorks工具软件开发了针对Windows XP操作系统的信道化接收机PCI驱动程序。实现了Target和DMA传输模式下CPCI工控机对接收机板卡的数据读写操作。最后介绍了新型直接下变频器件AD6654的寄存器配置与下变频相关滤波器设计,实现了系统的A/D采样与数字下变频工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电子战接收机发展现状
• 1.2 可编程器件与CPCI机箱的选用
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 系统结构介绍与数据流分析
• 2.1 软件无线电接收机基础理论
• 2.1.1 软件无线电接收机模型
• 2.1.2 基于多相滤波的信道化接收机
• 2.2 本课题信道化接收机系统
• 2.2.1 系统的硬件结构
• 2.2.2 系统的工作流程
• 2.3 系统数据流量分析
• 第三章 系统各接口的设计与实现
• 3.1 FPGA与CPCI总线通信的接口设计
• 3.1.1 CPCI总线技术
• 3.1.2 桥接芯片PCI9054的应用
• 3.1.3 PCI接口的FPGA设计
• 3.2 FPGA与DSP通信的链路口设计
• 3.2.1 TS201链路口协议
• 3.2.2 链路口模块的FPGA设计
• 3.2.3 链路口测试结果与分析
• 3.3 FPGA与AD6654通信的SPI串口、并口设计
• 3.3.1 SPI串口模块
• 3.3.2 并口模块
• 第四章 接收机板卡PCI驱动程序开发
• 4.1 WDM驱动程序模型
• 4.1.1 WDM驱动程序的层次
• 4.1.2 WDM驱动程序的工作机制
• 4.1.3 WDM基本例程
• 4.2 开发环境选择与驱动框架生成
• 4.2.1 驱动程序开发工具
• 4.2.2 建立驱动开发平台
• 4.2.3 用向导生成驱动框架
• 4.3 PCI驱动程序的开发
• 4.3.1 I/O和内存读写的实现
• 4.3.2 中断处理的实现
• 4.3.3 DMA操作的实现
• 4.3.4 上位机界面的开发
• 4.3.5 驱动程序测试与分析
• 第五章 AD6654的配置与应用
• 5.1 AD6654的特点与应用领域
• 5.2 AD6654的结构与工作流程
• 5.3 AD6654的寄存器配置
• 5.4 数字下变频相关滤波器设计
• 5.5 AD6654的调试
• 第六章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的研究成果