标准实验报告一软件无线电实验平台基本通信实验.docx
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标准实验报告一软件无线电实验平台基本通信实验
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
学号:
指导老师:
一、试验室名称:
通信信号处理及传输试验室
二、试验项目名称:
软件无线电试验平台基础通信试验
三、试验原理:
1.软件无线电试验平台组成及工作原理
高级软件无线电综合试验系统平台由6个模块组成,分别以下:
ARM模块、FPGA模块、MCU模块、DSP模块、BASEBANDAD\DA模块、RF模块。
各模块功效以下:
ARM（S3C2410）模块其上操作系统为WINCE5.0,提供用户交互界面。
应用程序与FPGA交互经过SPI接口驱动实现,应用程序与DSP（C6713）交互经过HPI接口驱动实现;
DSP（C6713）模块关键实现基带信号调制与解调。
其与ARM接口为HPI;与FPGA接口是MCBSP;
FPGA（XC3S400）关键实现外部模拟信号AD采样,以及数字与模拟转换DA控制,与RF模块联合实现CC2420功效。
其与DSP接口为MCBSP,与MCU（C8051F120）是经过SPI以及MCUP1、P3口实现交互;
MCU模块关键实现对RF发射功率,发射、接收信道等部分工作参数配置。
其与FPGA交互是经过SPI以及P1、P3口实现;
BASEBANDAD\DA模块关键实现数模转换功效;
RF模块关键实现将基带信号转化为射频信号,然后发射出去。
其与FPGA通信是经过RF自定义接口实现。
各模块间通信以及接口示意如图1所表示:
图1软件无线电试验平台模块结构
2.DSP与ARM通信原理
DSP与ARM经过HPI接口协同工作,实现通信。
ARM关键提供用户交互界面,用户能够在程序界面中输入传输数据,ARM将用户输入数据经过HPI口发送给DSP,而且通知DSP开始工作。
DSP在接收到ARM发送开始工作命令后,从固定地址获取ARM传送数据长度以及数据存放地址,然后到对应地址读取数据,将读取到数据进行搬移,搬移完成后发送HINT中止给ARM通知DSP端数据操作已经完成。
ARM接收到DSP发送HINT中止后从DSP对应位置读取DSP搬移后数据,重新在应用程序界面中显示。
工作原理简易框图如图2所表示:
图2DSP和ARM工作原理框图
HPI接口介绍
HPI口是并行接口,HOST能够经过HPI口直接访问DSP存放空间。
HOST作为HPI接口主控,访问非常便捷。
HOST与DSP能够经过内部或者外部存放器交换信息。
而且HOST端能够直接访问内存映射外设。
HPI与DSPCPU连接是经过DMA或者EDMA实现。
HOST以及DSP都能够访问HPI控制寄存器HPIC。
经过外部数据以及接口控制信号HOST端能够访问HPI地址寄存器HPIA,HPI数据寄存器HPID。
C64XX系列DSP端CPU也能够访问HPIA。
TMS320C6713HPI硬件接口如图3所表示:
图3DSPHPI接口示意图
其时序图如图4:
图4HPI时序图
DSP程序示例
DSP与ARM通信完成以下内容:
1.在数据输入界面中输入数据按ENTER后,ARM将用户输入数据长度一经过HPI口写在DSPSDRAM0X8地址中;把用户输入数据所存放地址放在0x10000地址单元中;把数据写在0X4（存放在0X1000）开始位置。
置位FLAG=1通知DSP用户已经输入数据。
2.DSP在检测到0x0存放数据为1后,首先从0X8获取用户输入数据长度;然后从0X1000取得用户输入数据存放在何位置。
在得到位置与长度信息后,DSP程序将数据拷贝到0x80000000为开始位置。
完成数据搬移后,DSP发送HINT中止,通知ARM,数据处理已经完成。
如上功效DSP示例程序以下:
while
（1）
{
flag=*（（int*）（0x0））;
if（flag==1）
{
temp=（*（（int*）0x4））;
pData=（int*）temp;
iCountData=*（（int*）0x8）;
pMovedData=（int*）0x80000000;
（*pMovedData++）=iCountData;
for（i=1;i<=iCountData;i++）
{
（*pMovedData++）=（*pData++）;
}
HPI_setHint
（1）;
}
}
3.FPGA控制AD、DA试验
本试验依据数模转换器芯片AD9201,AD9761工作时序,首先对输入模拟信号用进行采样,然后将采样值直接经过DA发送出去。
AD9201介绍
AD9201最高采样率为20MSPS,分辨率为10bit,是双通道CMOS电平模数转换器。
在需要2路ADC匹配（比如通信中I、Q两路信号）应用中,AD9201性能优越。
20MHz采样率、输入带宽大,使AD9201能应用在扩频与窄带信道。
AD9201时序图
图5AD9201时序图
注:
SELECT为AD9201内部异步二选一管脚。
在CLOCK上升沿,对输入两路信号进行同时采样,然后经过SELECT选择输出数据通路。
AD9761介绍
AD9761是采样率20M、10bit高速双通道数模转换器。
宽带通信中常常需要处理同相和正交（I、Q）两路数据,AD9761双通道可提供两路信号输出。
AD9761时序图
图6AD9761时序图
注:
SELECT异步选择输入,当为高时将DA数据锁存到I路,当为低时锁存到Q路。
FPGA控制AD、DA程序示例
因为外部晶振频率为48MHz,而AD采样率最高20MHz,DA速率为20MHz,所以程序中首先利用DCM对晶振输出频率进行3分频,DCM输出频率作为AD9201以及AD9761时钟。
关键程序代码段以下:
AD控制部分代码
signaliq_sel_int:
std_logic;
signaltemp_q:
std_logic_vector（9downto0）;
begin
adc_cs<='0';
adc_clk<=iq_sel_int;
adc_select<=notiq_sel_int;
process（rst,ext_adclk）
begin
ifrst='0'then
temp_q<=（others=>'0'）;
adc_i<=（others=>'0'）;
adc_q<=（others=>'0'）;
iq_sel_int<='0';
elsifext_adclk'eventandext_adclk='1'then
iq_sel_int<=notiq_sel_int;
ifiq_sel_int='0'then
temp_q<=adc_din;
else
adc_i<=adc_din;
adc_q<=temp_q;
endif;
endif;
endprocess;
DA控制代码
signalda_select_int:
std_logic;
begin
da_rst<=notrst;
da_clk<=notext_daclk;
da_write<=notext_daclk;
da_select<=da_select_int;
process（ext_daclk）
variablecnt:
integerrange0to1;
begin
ifrising_edge（ext_daclk）then
ifrst='0'then
da_select_int<='0';
else
da_select_int<=notda_select_int;
ifda_select_int='0'then
da_out<=id;
else
da_out<=qd;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
四、试验目:
1.了解软件无线电试验平台基础模块:
ARM模块、FPGA模块、DSP模块、BASEBANDAD\DA模块及RF模块功效及其工作原理;
2.熟悉CCS、ISE软件平台;能够熟练地对DSP及FPGA程序进行调试;
3.掌握TMS320C6713HPI接口;经过发送HPI中止给ARM,熟悉ARM与DSP通信方法;
4.掌握AD9201,AD9761工作原理以及工作时序图;编写FPGA控制AD、DAVHDL程序;
五、试验内容:
（1）DSP与ARM通信试验;
（2）FPGA控制AD、DA试验。
六、试验器材（设备、元器件）:
计算机、软件无线电试验箱、信号发生器、示波器、DSP仿真器、FPGA仿真器、＋5V电源
七、试验步骤及试验数据结果分析:
1.DSP与ARM通信实现
（1）DSP与ARM通信演示试验
A.运行ARM端程序RADIO.EXE,选择扩展试验DSP和ARM通信试验,按下“确定”进入该试验界面;
B.连接好DSP仿真器;
C.打开CCS,打开工程文件ARM_DSP_hpi.pjt。
D.选择Project->RebuildAll,编译完成后选择File->LoadProgram找到ARM_DSP_hpi.out选择打开,经过JTAG下载DSP程序;
E.运行DSP程序Debug->Run;
F.在界面数据输入框内输入0-20个数据,按Enter,此时在ARM端接收界面会显示经过DSP处理数据;
输入数据:
3
显示数据:
3
注:
DSP端程序在输出BUFFER数据格式必需为第一个INT为数据长度,而且数据长度不能大于40（不然数据在ARM端不能全部显示）。
（2）DSP与ARM通信试验实现
A.打开主程序文件main.c;
B.修改原程序中（*pMovedData++）=（*pData++）;为（*pMovedData++）=（*pData++）+1;
C.在CCS中编译运行程序,重新在数据输入界面输入数据按ENTER;
D.在ARM端应用程序界面右边数据显示栏观察结果,统计试验现象（左边数据加1）:
输入数据:
显示数据:
55A94732589A4256789A
（3）DSP与ARM通信扩展试验
经过修改SETHINT在程序中位置来修改DSP端何时发送HPI中止给HOST端。
内容:
实现10000个循环延时后发送中止。
修改代码以下:
for（i=1;i<=10000;i++）
{
for（j=1;j<=10000;j++）;
}
HPI_setHint
（1）;
修改完成后在CCS中编译运行程序,在ARM应用程序界面中重新输入数据按ENTER。
观察:
ARM应用程序右边数据接收窗口,统计观察结果（数据更新速率应该降低）:
输入数据:
7788669
显示数据:
889977A
2.FPGA控制AD、DA试验
（1）FPGA控制AD、DA过程演示试验
A.编译AD_DA_LOOP工程,编译完后将bit文件下载到FPGA中;
B.连接信号发生器到平台RXI,对信号发生器进行设置产生500KHZ正弦信号,然后发送;
C.在ARM端应用程序界面进入->扩展试验->FPGA扩展试验->FPGA控制AD/DA试验,按ENTER然后用示波器观察平台TXI、TXQ发出波形。
观察到数据波形以下:
平台TXI发出波形
平台TXQ发出波形
（2）改变DA控制程序,使DAI路输出单频正弦波。
将da_out赋值交换一个位置即可实现I路输出正弦波,Q路无信号。
即代码改为:
ifda_select_int='0'then
da_out<=qd;
else
da_out<=id;
八、试验结论:
软件无线电技术基础思想是将宽带A/D转换器尽可能地靠近射频天线,即尽可能早地将接收到模拟信号转化为数字信号,在最大程度上经过DSP/FPGA软件来实现通信系统多种功效。
软件无线电试验平台正是以ARM交互界面为中心,利用FPGA、DSP模块来实现多种通信功效。
九、思索题
简述DSPMcBSP工作原理。
答:
McBSP是TI企业生产数字信号处理芯片多通道缓冲串行口。
McBSP是在标准串行接口基础之上对功效进行扩展,所以,含有与标准串行接口相同基础功效。
它能够和其她DSP器件、编码器等其她串口器件通信。
McBSP除了含有一般串口特点外,还含有以下特殊功效:
（1）能够与IOM-2、SPI、AC97等兼容设备直接连接;
（2）支持多通道发送和接收,每个串行口最多支持128通道;
（3）串行字长度可选,包含8、12、16、20、24和32位;
（4）支持μ-Law和A-Law数据压缩扩展;
（5）进行8位数据传输时,能够选择LSB或MSB为起始位;
（6）帧同时脉冲和时钟信号极性可编程;
（7）内部时钟和帧同时脉冲产生可编程,含有相当大灵活性。
McBSP内部包含数据通路和控制通路两部分,并经过7个引脚与外部器件相连。
分别是:
接收时钟CLKR;发送时钟CLKX;串行数据接收DR;串行数据发送DX;接收帧同时FSR;发送帧同时FSX。
McBSP与外设进行数据传输是经过（DX）脚来发送,（RX）脚来接收,通信时钟与帧信号是由CLKX,CLKR,FSX,andFSR脚来控制。
DSPCPU或DMA从数据接收寄存器（DRR[1,2]）读取接收数据,发送时向数据发送寄存器（DXR[1,2]）写数据。
数据写入（DXR[1,2]）后经过传输移位寄存器（XSR[1,2]）移位输出到DX上,一样,从DR上接收数据移位存放到接收移位寄存器（RSR[1,2]）并拷贝到接收缓存寄存器（RBR[1,2]）,然后,再由（RBR[1,2]）拷贝到DRR[1,2],DRR[1,2]就能够由CPU或DMA来读出。
多级寄存器许可在通信时内部和外部数据同时传输。
DSP对McBSP控制由16位控制寄存器实现。
十、总结及心得体会:
经过此次试验熟悉了软件无线电试验平台基础结构,熟悉了各模块间工作方法。
同时也熟悉了基于CCS软件平台DSP设计步骤以及基于ISE平台FPGA设计步骤。
十一、对本试验过程及方法、手段改善提议:
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