Разработка системы сжатия эхо-сигналов различной длительности
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
/p>
Блоки lpm_romX и lpm_romY - ПЗУ, каждое на 256 13-и разрядных слов. В эти блоки синтезированы с помощью т.н. мегафункций - встроенный в САПР инструмент, позволяющий посредством графического интерфейса и диалоговых окон синтезировать блоки ПЗУ, ОЗУ, pll и т.д. Таким образом, была рассмотрена работа функциональной схемы устройства в целом.
Рассмотрим функциональную схему блока COREL_MEM представленную на рисунке 5.2.
Рис 5.2 Функциональная схема блока COREL_MEM
На этой схеме представлены два блока correlation и mem_buffer. В первом, после поступления единичного строба на вход NRD начинается процесс вычисления свертки для сигнала длиной до 256 отсчетов. Процесс разбит на 4 параллельных вычисления сверточных сумм по 64 отсчета, за каждый такт CLK_160 (96МГц) вычисляются 8 отсчетов (4 для мнимой и 4 для действительной части) выходного сигнала. Квадратуры принятого эхо-сигнала или тестового сигнала поступают на 13 разрядные входы In_X, In_Y. В блоке отсчеты этих квадратур записываются в первый элемент сдвигового массива на 256 элементов для каждой квадратуры. При каждом такте поступления отсчётов (1,2МГц) элементы этого массива сдвигаются вправо (увеличивают на 1 порядковый номер в массиве, последний соответственно выпадает). В процессе вычисления свертки элементы этого массива комплексно перемножаются с отсчетами копии сигнала, которые поступают на четыре 12-и разрядных входа CD1, CD2, CD3, CD4 (в каждом 12 разрядном слове старшие 6 бит - мнимая часть, а младшие 6 бит - соответственно, действительная). Результат перемножения накапливается для каждого из 4 параллельных процессов, а впоследствии складывается, формируя отсчеты выходного сигнала. Синтез блока произведен из VHDL кода, коды блоков приведены в приложении А.
Для того чтобы обеспечить работоспособность системы, необходимо, чтобы отсчеты поступали в порядке соответствующем формуле вычисления свертки (2.1). Для этого по шине addr_CD от блока correlation к блокуmem_buffer передается номер необходимого набора отсчетов. В соответствии с этим номером блок mem_buffer производит отправку необходимых отсчетов в соответствии с кодом DZI. Функциональная схема этого блока представлена на рис 5.3
Рисунок 5.3 Функциональная схема блока mem_buffer
На этой схеме представлены два двойных ОЗУ, входы wren_a и wren_b - входы разрешающие запись в ОЗУ при поступлении 1, данные, расположенные адресу, поступающему на входы addres_a и addres_b, доступны если на входах wren_a и wren_b установлен 0. Блоки rm_coef, RM_D - ПЗУ, в которых хранится копия ЛЧМ сигналов различной длительности. Блоки ОЗУ также синтезированы с помощью мегафункций.
Блок mem_drv загружает в ОЗУ данные содержащие квадратуры сигнала, хранящиеся в ПЗУ, в зависимости от кодограммы ДЗИ, загружаются данные из различных областей. При поступлении разрешающего сигнала на вход CORR_ENA блок начинает передавать по четырем 12-и разрядным шинам хранящиеся в ОЗУ отсчеты в соответствии с запросами от блока correlation. Также блок вырабатывает стробы разрешения записи для блоков оперативной памяти.
Рассмотрев функциональную схему модуля сжатия сигналов, а также схемы отдельных функциональных блоков, перейдём к рассмотрению работы устройства и оценке быстродействия.
.2 Анализ работы и оценка быстродействия
Анализ работы устройства был произведен встроенным симуляционном комплексом САПРа Quartus II, а также логическим анализатором SignalTap II.
На рисунке 5.4 приведена временная диаграмма работы устройства, полученная посредством проведения моделирования во встроенном симуляционном комплексе.
Рисунок 5.4 Временная диаграмма работы модуля
Следует привести также диаграмму увеличенного масштаба в области пика сжатого ЛЧМ сигнала. Временная диаграмма работы модуля в области пика приведена на рисунке 5.5.
Рисунок 5.5 Временная диаграмма работы модуля в области пика
Из рисунка 5.5. видно, что числовое значение X квадратуры в пике АКФ равно 621484 единиц младшего разряда, а в первом боковом лепестке 4922, что соответствует уровню -44,0 дБ. Полученное значение полностью соответствует теоретически рассчитанному (рисунок 5.6.). В большем масштабе рисунок приведен в приложении Д.
Рисунок 5.6 График теоретически рассчитанной и экспериментальной полученной ВКФ для ЛЧМ сигнала с базой 205, разрядностью 13 бит, и копией ЛЧМ сигнала разрядностью 6 бит.
Таким образом, результаты моделирования полностью совпадают с теоретически полученными. Построенные графики в точности совпадают.
Далее приведена временная диаграмма работы устройства сжатия, полученную с помощью приложения Signal Tap II.Tap II - средство внутрисистемной отладки, позволяющее через интерфейс JTAG, получать и анализировать любые сигналы в реальном устройстве.
Основные преимущества и особенности:
позволяет наблюдать почти любой внутренний или внешний сигнал;
частота выборок ограничена только быстродействием;
до 2048 каналов;
128к выборок на канал;
поддерживаются все FPGA семейства;
отслеживание состояний конечного автомата;
гибкая настройка моментов выборки.
Временная диаграмма работы модуля, полученная с помощью SignalTap II, приведена на рисунке 5.7.
Рисунок 5.7 Временная диаграмма работы модуля
На рисунке 5.7 приведены квадратуры входног