基于DSP和FPGA的电视观瞄系统设计

电源设计

现在以ASIC、DSP、FPGA等组成的系统中芯片都是低功耗设计，供电部分也变得越来越复杂。不仅对不同电平值的电压精度、输出电流、纹波、冲击等要求十分严格，而且同一个芯片的不同电平的上电时序也有了要求。整个系统的电源设计都采用了美国德州仪器公司的电源器件。

ADSP2183的供电相对比较简单，这里主要讨论FPGA的供电。手册规定，EP2S30F484的电源基本分为这几种：核心供电(Vccint)为1.2V；各个BANK的I/O口供电(Vccio)，锁相环数字供电(Vccpll_d)为1.2V，锁相环模拟供电(Vccpll_a)为1.2V。还有Vccpd为3.3V)，它是StratixII FPGA新定义的一个供电，其作用是为所有相关的3.3V/2.5V的配置输入缓冲器和JTAG相关引脚提供稳定可靠的供电。它要求从0～3.3V的抬升时间必须小于100ms，否则Stratix II FPAG将不能配置成功。但是如果确实不能保障这样苛刻的要求，就必须人为地把nCONFIG信号强制拉低，直到其他电源达到设计的可靠状态，以确保配置过程的正确完成。

EP2S30F484的(Vccint)是由TP54312提供，1.2V(Vccpll_a/Vccpll_d)是TP73633提供，3.3V(Vccpd)是TP78601提供，整个系统的3.3V供电是TP75533提供。不同电源的供电时序经过设计并实验测量出，是符合设计要求，当然也保证了观瞄系统的正常运行。

在每种电源设计的时候，都加入了二极管反向保护和瞬态电压抑制器进行瞬间过冲保护。同一种电源的模拟和数字部分也用电感隔离开了，相应的模拟地层和数字地层之间也物理分隔开，在合适的位置点用Ferrite Bead(铁氧体磁珠)做了连接，最大程度的减小EMI。主图像处理板是一块10层PCB的设计，电源和地就有4层，所有电源和部分时钟都在内电层或地层划分出来，信号层没有长距离的供电回路和时钟走线。

● VHDL程序设计

系统的软件设计包括对FPGA的VHDL程序编写和对DSP的汇编程序编写两部分。

在FPGA设计中采用VHDL语言设计,不仅大大简化了设计复杂逻辑电路的难度,而且可以充分发挥FPGA内部资源的优势。在Quartus II5.0集成开发环境下，对整个FPGA运算模块采用了自顶向下的设计方式。首先，用Block图的方式按照系统中所用芯片划分，设计了逻辑总体，把所有FPGA的资源合理分配到相应的物理引脚，规划好顶层逻辑。接着，在每个Block下编写VHDL程序，实现具体的控制逻辑。采用模块化、规则化和局部化的技术,既提高了设计效率,又减少设计的复杂性。

对于EP2S30F484，使用一个统一的全局时钟，并采用同步时序的设计方法。FPGA内部的所有模块都使用一个全局时钟，统一复位。在具体功能模块设计的时候，可以调用一些Altera公司的内部核和LPM功能块。这些模块具有结构独立的设计输入、高效的设计映射和工具独立的设计输入,不仅节省大量的FPGA资源,提高了设计效率,而且使系统性能得到提高。



图4 系统软件流程图

● DSP程序设计

ADSP-2183有一套完整的软件与硬件开发系统，包含一个以PC为平台的硬件仿真器ADSP218xEZIC E 和IDE(集成开发环境)VisualDSP++3.5。ADSP218xEZIC E是基于RS232串口的在线仿真器，它一边通过串口和PC的IDE通信，下载程序代码到目标DSP运行,另外一边通过设计在目标板上的Emulator的14个管脚，观察和测试DSP的端口、寄存器以及RAM的工作情况，并返回到PC的IDE界面。

● 系统软件设计

系统软件主要是由主程序和中断服务程序两部分组成，程序设计框图如图4所示。主程序首先设置ADSP-2183 内部寄存器，如中断控制寄存器ICNTL、中断屏蔽寄存器IMASK、系统控制寄存器，以建立ADSP-2183的工作模式。然后运行DSP自检程序。通过后，则要初始化UART芯片(TL16C552)、读取串行EEPROM中预存的参数，然后进入主体循环。DSP的三个外部中断源产生中断：场中断，每20ms产生一次、UART通信中断，红外热像仪及其控制电路产生、控制台中断。主要的消像旋运算、图文混合的任务，方位解算器角度读取和计算都由场中断服务程序完成，而且必须在20ms时间内及时完成。UART中断服务程序由发送和接收任务触发，当有数据被接收到或要发送，中断服务程序首先通过读状态寄存器确定是发送还是接收，然后跳转到相应服务程序中执行。其中TL16C552的初始化程序则主要完成异步串行通信协议的设置。系统界面显示的字符是16x16的矩阵，所以制作了4KB地字库，可以容纳128个中文、数字、字母、特殊符号。

结束语

本设计大大提高了观瞄系统的智能化、自动化水平，更是赋予其全天候作战能力。外场实验充分证明从目标的轮廓边缘来看，进行了8倍插值后，消像旋的效果和预期设计完全符合，锯齿效应控制得非常不错，其他各项指标均达到设计要求。还可以进一步把由ADSP2183完成的工作移植到FPGA内部，让它来完成任务调配、算法实现、控制流程等任务。这样，将进一步加大应用系统的集成度，也使得整个系统的可靠性和实时性将会有一个更好的提高。