GMR-1 3G测试系统中FPGA高速数据链路的设计与实现

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随着卫星移动通信技术的不断发展,其在我国军事通信、移动通信等很多领域都得到了广泛的应用,而卫星终端测试仪是卫星移动通信系统的基石,对卫星移动通信技术的发展具有积极的推动作用。  本文课题来源于“GMR-13G(GEO-Mobile Radio interface-1the3rd Generation)卫星终端测试仪”中FPGA(Field-Programmable Gate Array)的开发,测试仪表采用X86+FPGA+DSP(Digital Signal Processing)的架构,基带板上的FPGA连接DSP并通过OBSAI(Open Base Station Architecture Initiative)接口实现多通道多速率的数据传输,连接射频模块并通过Aurora接口实现中频IQ数据的传输,且FPGA接受上位机软件的控制,实现业务通道速率的切换。本论文涵盖了各个模块的需求分析、方案设计、具体实现以及测试验证,论文的主要内容如下:  1、对于时钟方案设计及跨时钟域处理,主要内容包括FPGA片外、片内时钟方案设计以及跨时钟域的设计与实现。通过分析基带板上时钟需求以及FPGA片内时钟需求,根据现有资源进行时钟方案设计,在实现时采用三级状态机解决了片外时钟设计中时钟芯片概率性失锁的问题,采用参考板上晶振解决了片内时钟设计中兼容两种射频时钟的问题;  2、对于FPGA与射频间数据链路的设计与实现,主要内容包括Aurora IP核的订制、中频输出数据格式转换、Aurora帧结构的设计与实现、Aurora接口时钟补偿和射频接口转接,传输一定速率的中频数据。针对关键性问题Aurora帧结构的设计与实现,本文采用模五帧结构、单buffer缓存使得其延迟在2us内且占用资源在10Kbit内,保证该处链路时延短且占用资源少;  3、对于FPGA与DSP间数据链路的设计与实现,主要内容包括OBSAI帧结构的设计、业务通道速率快速切换和McBsp(Multichannel Buffered Serial Port)接口开发以及数据同步传输,传输广播、业务、测量信道数据。针对关键性问题OBSAI帧结构的设计与业务通道速率快速切换,本文采用等间隔插入数据方式使得其延迟在1us内,各业务速率采用相同循环计数、定点插入方式使得速率切换时能够实现实时切换,保证该处链路时延短,上层进行业务速率切换时能与底层基本保持同步。  最后通过仿真以及测试验证,完成了FPGA中数据链路设计与实现的工作,保证仪表能够正常稳定运行。
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