基于OMAPL138 DSP+ARM+FPGA射頻直接采樣氣象傳真接收機的設計與實現

氣象傳真信號覆蓋全球大部分海域,船舶通過氣象傳真接收機接收的氣象圖,在大洋中可以通過接收信息來及時預測對于船舶航行安全性有威脅的臺風,海浪等危險因素,以便按時規劃或變更船舶的航行路線。氣象傳真機接收的氣象信息對船舶行駛的安全性和航線的選擇性都具有重要的意義。現階段使用的氣象傳真機多為超外差體系結構,對于模擬信號的處理較為復雜,故障點難以檢測,數字化集成度不高。針對現有接收機結構的優缺點,通過分析接收機結構,本文提出了基于軟件無線電思想的射頻直接采樣氣象傳真接收機設計方案。采用此方案,射頻信號經采樣后直接進行數字化處理,不需要再進行模擬解調,在減小體積的同時簡化射頻前端的設計,提高了系統集成度,降低由于模擬信號處理所帶來的故障風險。射頻直采氣象傳真接收機主要由射頻前端模塊、A/D采樣與數字下變頻模塊、系統控制與數據處理模塊三部分構成。其中,射頻前端模塊由天線匹配保護電路、選頻帶通濾波電路、高頻放大及自動增益放大電路、前端控制電路組成;A/D采樣與數字下變頻模塊由抗混疊濾波與信號調理電路、模數轉換器、FPGA組成;系統控制與數據處理模塊是基于OMAPL138雙核處理器的核心板模塊;系統底板為以上模塊提供電源電路與外設接口電路。信號大致的處理過程如下:天線接收的射頻信號,首先通過前端模塊進行帶通濾波與信號放大,經A/D采樣后在FPGA中完成數字下變頻處理,FPGA將數據送入DSP核做差分檢波解調處理,DSP通過共享內存區將數據傳入ARM核,經ARM核形成的圖像數據最終通過以太網上傳到上位機界面進行圖像顯示。本文介紹了射頻直接采樣氣象傳真接收機,對比其它結構類型的接收機分析了性能指標,說明了硬件設計原理與軟件設計思想,在此基礎上完成了系統各個模塊的詳細分析與設計,最終通過對系統的調試和對結果的分析,驗證了射頻直采設計方案的正確性。

1 評估板簡介

基于 TI TMS320C6748 定點/浮點 DSP C674x + Xilinx Spartan-6 FPGA 處理器； ? DSP 與 FPGA 通過 uPP、EMIFA、I2C 總線連接，通信速度可高達 228MByte/s； ? DSP 主頻 456MHz，高達 3648MIPS 和 2746MFLOPS 的運算能力；

FPGA 兼容 Xilinx Spartan-6 XC6SLX9/16/25/45，平臺升級能力強；

開發板引出豐富的外設，包含千兆網口、SATA、EMIFA、uPP、USB 2.0 等高速數據傳

輸接口，同時也引出 GPIO、I2C、RS232、PWM、McBSP、VGA、PMOD、RS485 等常見接口；

通過高低溫測試認證，適合各種惡劣的工作環境；

DSP+FPGA 雙核核心板，尺寸為 66mm*38.6mm，采用工業級 B2B 連接器，保證信號完整性； ?

可充放電池電路，提供多種標準工業接口，可連多通道 AD、DA 等模塊，拓展能力強；

支持裸機、SYS/BIOS 操作系統。

圖1 開發板正面和側視圖

XM6748F-IDK-V3.0 是一款基于深圳信邁XM6748F-SOM核心板設計的開發板，采用沉金無鉛工藝的4層板設計，它為用戶提供了 XM6748F-SOM核心板的測試平臺，用于快速評估XM6748F-SOM核心板的整體性能。

XM6748F-SOM引出CPU全部資源信號引腳，二次開發極其容易，客戶只需要專注上層應用，大大降低了開發難度和時間成本，讓產品快速上市，及時搶占市場先機。不僅提供豐富的 Demo 程序，還提供詳細的開發教程，全面的技術支持，協助客戶進行底板設計、調試以及軟件開發。

2 典型運用領域

數據采集處理顯示系統

智能電力系統

圖像處理設備

高精度儀器儀表

中高端數控系統

通信設備

音視頻數據處理

圖2 典型應用領域

3 軟硬件參數

開發板外設資源框圖示意圖

圖3 開發板接口示意圖

圖4 開發板接口示意圖

ARM FPGA 嵌入式 智能邊緣平臺 IEF 硬件開發

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