一种基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法

摘要

本发明提供一种基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法，步骤如下：一、连接FPGA与ARM的外部接口模块即EIM；二、编写EIM时序转换模块；三、封装EIM控制接口；四、开发ARM远程控制方法供用户对EIM进行实时监控；通过以上步骤，本发明以嵌入式ARM提供软件计算与控制能力为基础，通过软件开发与配置来实现多种不同的信号处理能力，并可实时监控平台的运行状况，使本发明的基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法具有较强的通用性，达到了降低开发难度和成本的效果，适用于一般技术验证的实验场合。

权利要求

1.一种基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法，其特征在于：其实施步骤如下：步骤一、连接FPGA与ARM的外部接口模块即EIM；

步骤二、编写EIM时序转换模块；

步骤三、封装EIM控制接口；

步骤四、开发ARM远程控制方法供用户对EIM进行实时监控；

在步骤一中所述的连接FPGA与ARM的外部接口模块即EIM，其作法如下：在硬件板卡的原理图设计阶段，将EIM相关的信号，包括片选信号、使能信号、地址有效信号、读写使能信号和数据/地址复用信号，逐一连接至FPGA的管脚；

在步骤二中所述的编写EIM时序转换模块，其作法如下：在FPGA中对接入的EIM相关信号按照既定的时序关系进行解析，再转换为自主定义的FPGA内部本地总线信号，包括本地片选信号、本地读写使能脉冲信号、本地地址信号、本地数据信号和本地数据回读信号，将这些本地总线信号与FPGA内各子模块相连接，实现EIM对FPGA各模块的控制；

在步骤三中所述的封装EIM控制接口，其作法如下：基于步骤二的EIM时序转换模块中定义的地址与寄存器对应关系，将ARM对EIM的读写控制封装为顶层库函数，通过调用该函数即能通过ARM对FPGA中信号处理算法的参数进行读写控制；

在步骤四中所述的开发ARM远程控制方法供用户对EIM进行实时监控，其作法如下：在ARM提供对外网络接口的基础上，设置ARM的远程控制方式，然后设置对EIM的远程控制命令，将用户的个人电脑与ARM通过网络连接，实现对EIM的实时监控。

说明书

一种基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法

【技术领域】

[0001] 本发明提供一种基于嵌入式高级精简指令集机器(即ARM)的通用中频信号处理的方法，它是一种能够通过软件实时控制中频信号处理的方法，属于通信与控制领域。【背景技术】

[0002] 一般的中频信号处理平台多基于工控机架构，通过紧凑型外部组件互连(即CPCI)等总线连接服务器主板与信号处理板卡。信号处理板卡以现场可编程门阵列(即FPGA)为核心，完成对中频信号的信号处理功能，包括模数转换、调制、解调等；服务器主板搭载操作系统，完成类似于个人计算机的所有运算和处理功能，可在其操作系统上进行软件开发实现对信号处理板卡的控制和通信等功能。这种基于工控机的架构的缺点在于，在开发与使用上灵活性较差，成本相对较高，占用空间较大，在很多用于技术验证的场合中不适用。【发明内容】

[0003] (一)本发明的目的

[0004] 本发明的目的是提供一种基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法，它是提供一种基于嵌入式ARM控制中频信号处理的方法，通过嵌入式ARM替代服务器主板的功能，提高对中频信号处理的开发和使用的灵活性，减少成本与体积。

[0005] (二)技术方案

[0006] 为实现上述目的，本发明一种基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法，其实施步骤如下：

[0007] 步骤一、连接FPGA与ARM的外部接口模块(即EIM)；

[0008] 步骤二、编写EIM时序转换模块；

[0009] 步骤三、封装EIM控制接口；

[0010] 步骤四、开发ARM远程控制方法供用户对EIM进行实时监控；

[0011] 其中，在步骤一中所述的“连接FPGA与ARM的外部接口模块(即EIM)”，其作法如下：

[0012] 在硬件板卡的原理图设计阶段，将EIM相关的信号，包括片选信号、使能信号、地址有效信号、读写使能信号和数据/地址复用信号，逐一连接至FPGA的管脚，确保硬件连接基础有效可靠；

[0013] 其中，在步骤二中所述的“编写EIM时序转换模块”，其作法如下：

[0014] 在FPGA中对接入的EIM相关信号按照既定的时序关系进行解析，再转换为自主定义的FPGA内部本地总线信号，包括本地片选信号、本地读写使能脉冲信号、本地地址信号、本地数据信号和本地数据回读信号，将这些本地总线信号与FPGA内各子模块相连接，实现EIM对FPGA各模块的控制。

[0015] 其中，在步骤三中所述的“封装EIM控制接口”，其作法如下：

[0016] 基于步骤二的EIM时序转换模块中定义的地址与寄存器对应关系，将ARM对EIM的读写控制封装为顶层库函数，通过调用该函数即可通过ARM对FPGA中信号处理算法的参数进行读写控制。

[0017] 其中，在步骤四中所述的“开发ARM远程控制方法供用户对EIM进行实时监控”，其作法如下：

[0018] 在ARM提供对外网络接口的基础上，设置ARM的远程控制方式，然后设置对EIM的远程控制命令，将用户的个人电脑与ARM通过网络连接，实现对EIM的实时监控。

[0019] 通过以上步骤，本发明以嵌入式ARM提供软件计算与控制能力为基础，通过软件开发与配置来实现多种不同的信号处理能力，并可实时监控平台的运行状况，使本发明的基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法具有较强通用性，达到了降低开发难度和成本的效果，适用于一般技术验证的实验场合。

[0020] (三)优点及功效

[0021] 依据本发明的设计，本发明利用嵌入式ARM替代传统的工控机架构，在ARM上进行软件开发完成所需的运算和控制功能，并提供对ARM的远程控制方法，提高开发与使用控制的灵活性，降低成本与占用空间。

[0022] 依据本发明的设计，本发明能够通过软件的多次开发与配置实现多种中频信号处理的功能，通用性强。【附图说明】

[0023] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显及容易理解。附图中：

[0024] 图1为根据本发明实施例的结构框图。

[0025] 图2根据本发明实施例的嵌入式ARM与FPGA总线通信示意图。

[0026] 图3根据本发明实施例的嵌入式ARM的用户接口示意图。

[0027] 图4为本发明所述方法流程图。

[0028] 图中序号、符号、代号说明如下：

[0029] FPGA表示Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列；

[0030] ARM表示Advanced RISC Machine，高级精简指令集机器；

[0031] EIM表示External Interface Module，外部接口模块；

[0032] EIM_CS表示片选信号；EIM_OE表示使能信号；EIM_LBA表示地址有效信号；EIM_RW表示读写使能信号；EIM_DA表示数据/地址复用信号；lcs_1表示第1个模块的本地片选信号；lcs_n表示第n个模块的本地片选信号；lwr表示本地读写使能脉冲；la表示本地地址信号；ldin表示本地数据信号；ldout_1表示第1个本地数据回读信号；ldout_n表示第n个模块的本地数据回读信号。【具体实施方式】

[0033] 为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，现结合具体实施例和附图对本发明进行详细描述。

[0034] 本发明的实施例提供了一种基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法，通过在嵌入式ARM搭载的Linux操作系统上进行软件开发的方式，替换掉工控机架构的同时保留了足够的软件运算能力和控制能力。而信号处理算法运行于FPGA之上，可通过软件重复配置，所以软件、算法和硬件模块都可以不断地升级更新，可满足各种应用场景。

[0035] 首先介绍本发明实施例的硬件平台，如图1所示，本发明实施例的硬件模块包括FPGA，嵌入式ARM，模数转换模块，时钟模块，和电源模块。其中FPGA和ARM是核心模块，本发明的主要功能由FPGA与ARM完成。FPGA负责运行数字信号处理算法，以及完成与嵌入式ARM的总线接口、与其他外围硬件的数据交换接口。ARM用于搭载软件操作系统，负责完成所有的软件运算功能，以及与其他模块相关的通信和控制功能，包括与FPGA的总线通信、面向使用者的软件控制接口。而模数转换模块、时钟模块和电源模块作为外围电路完成其他必须的硬件需求，包括将中频模拟信号转换为数字信号供FPGA进行数字信号处理、为所有芯片提供不同频率的时钟以及不同的电压。

[0036] FPGA与ARM之间通过ARM提供的EIM相连，在FPGA中对EIM进行解析和转换再连接至其中运行的信号处理算法模块，ARM即可通过EIM对FPGA进行软件控制，可实时监控其中的参数，以及对FPGA重复配置，实现不同的信号处理效果。ARM中运行所需的软件计算，可自动监控FPGA的运行状况，也可通过网络接口接收来自用户计算机的指令来监控FPGA的运行状况。上述内容说明了本发明实施例提供的中频信号处理平台的基本原理，下面将详细说明基于嵌入式ARM控制中频信号处理的步骤。

[0037] 本发明一种基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法，见图4所示，其实施步骤如下：

[0038] 第一步：连接FPGA与ARM的EIM；

[0039] 如图2所示，与ARM的EIM相关的信号包括：

[0040] 片选信号——EIM_CS

[0041] 使能信号——EIM_OE

[0042] 地址有效信号——EIM_LBA

[0043] 读写使能信号——EIM_RW

[0044] 数据/地址复用信号——EIM_DA

[0045] 在硬件板卡原理图设计阶段，要将上述EIM相关的信号逐一连接至FPGA，ARM作为主动方对上述信号按照一定的时序进行控制，FPGA作为接受方对这些信号做处理。

[0046] 第二步：编写EIM时序转换模块；

[0047] 在对FPGA进行开发时要将EIM通过一个时序转换模块转换为本地总线。该步骤为本发明的实施重点，为了便于对FPGA内部寄存器的控制，需要对接入的EIM进行解析，再转换为自主定义的FPGA内部本地总线，与FPGA内各子模块相连接。如图2所示，在FPGA内部编写的时序转换模块对第一步描述的所有EIM的信号按照既定的时序关系进行解析，并转换为自主定义的本地总线信号，其分别包括：

[0048] 本地片选信号——lcs_n

[0049] 本地读写使能脉冲——lwr

[0050] 本地地址信号——la

[0051] 本地数据信号——ldin

[0052] 本地数据回读信号——ldout_n

[0053] 其中对于FPGA内部运行的不同子模块来说，本地片选信号和本地数据回读信号是与子模块对应的，而其他本地总线信号在不同子模块之间是相同的。在进行了上述的时序转换控制后，即可在对FPGA进行开发时方便的将寄存器与EIM连接起来。

[0054] 第三步：封装EIM控制接口；

[0055] FPGA中运行的信号处理算法的所有参数都可抽象为寄存器，通过EIM对FPGA中的寄存器控制即可完成对信号处理算法的控制。因此将ARM对EIM的读写控制封装为顶层库函数供用户使用，用户在对ARM进行软件开发时，通过调用该库函数即可对FPGA中信号处理算法的参数进行读写控制。

[0056] 第四步，开发ARM远程控制方法供用户对EIM进行实时监控；

[0057] 如图3所示，本发明实施例集成了网线接口可将个人电脑与ARM进行连接，在此基础上设置ARM的远程控制方式，然后设置对EIM的远程控制命令，通过对ARM远程登录操作即可实时控制ARM的软件计算，同时通过EIM可实时控制FPGA的运行，至此完成了通过嵌入式ARM控制中频信号处理的方法。

[0058] 由上述步骤可知，在本发明的实施例中，嵌入式ARM主要完成了三方面的工作：1)与FPGA之间的数据通信；2)运行软件计算；3)与用户计算机之间的网络通信。以此代替了工控机架构的同时完成了原工控机的主要功能。以嵌入式ARM提供软件计算与控制能力为基础，通过软件开发与配置来实现多种不同的信号处理能力，并可实时监控平台的运行状况，使本发明的基于嵌入式ARM的通用中频信号处理的方法具有较强通用性，相比工控机架构有灵活性、成本与体积降低等优点。

[0059] 虽然本发明已以实施例揭露如上，然而其仅仅为示例，并非用以限制本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做出种种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。