瑞蘇盈科FPGA核心板在聲吶系統(tǒng)中的應(yīng)用

聲納系統(tǒng)使用聲脈沖來探測(cè)、識(shí)別和跟蹤水下物體。一個(gè)完整的聲納系統(tǒng)是由一個(gè)控制和顯示部件、一個(gè)發(fā)射器電路、一個(gè)接收器電路和同時(shí)能作為發(fā)射裝置（揚(yáng)聲器）和探測(cè)裝置（高靈敏度麥克風(fēng)）的傳感器組成。

聲納系統(tǒng)圖

技術(shù)挑戰(zhàn)

本文討論的聲納發(fā)射器是一個(gè)相控陣發(fā)射器，能夠發(fā)射10Khz至100Khz的頻率。該系統(tǒng)采用了一個(gè)發(fā)射器模塊陣列，每個(gè)模塊能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)聲納傳感器。FPGA設(shè)計(jì)包含若干獨(dú)特的模塊：ARM處理中心（英特爾HPS）、一個(gè)波形發(fā)生器、通道接口、時(shí)鐘和芯片計(jì)時(shí)、系統(tǒng)監(jiān)控和控制以及狀態(tài)寄存器。

系統(tǒng)框圖

解決方案

該項(xiàng)目采用了瑞蘇盈科基于Intel FPGA (Altera) Cyclone V的水星Mercury SA1 核心板（SOM）。它支持一個(gè)64K條目的任意波形發(fā)生器，并帶有縮放功能。每個(gè)核心板控制八個(gè)TX數(shù)據(jù)的通道。波形發(fā)生器驅(qū)動(dòng)波形進(jìn)入通道模塊的八個(gè)實(shí)例。這個(gè)模塊的主要目的是在每個(gè)通道的基礎(chǔ)上提供一個(gè)獨(dú)特的可編程延遲。每個(gè)PCB板上有四個(gè)來自亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)有限公司 (Analog Devices)的雙通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。DAC在輸入時(shí)鐘的交替相位上以相同的數(shù)據(jù)位接受每個(gè)通道的數(shù)據(jù)。此外，瑞蘇盈科提供了一個(gè)基于菜單的構(gòu)建環(huán)境，其中包括一個(gè)BSP，以配合正在使用的核心板與瑞蘇盈科的幾個(gè)底板之一相配。在該開發(fā)項(xiàng)目的配置中，客戶設(shè)計(jì)了他們的載板PCB來匹配瑞蘇盈科的水星Mercury+ PE1底板。

FPGA 頂層框圖

結(jié)論和下一步措施

通過該項(xiàng)目可以得出的結(jié)論是，基于核心板的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法可以節(jié)省工程時(shí)間，當(dāng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)不需要擔(dān)心基礎(chǔ)SOC/FPGA的設(shè)計(jì)和搭建時(shí)，他們可以更快地開始測(cè)試和調(diào)試其定制電路。FPGA代碼和測(cè)試以及軟件開發(fā)可以在載板PCB開始設(shè)計(jì)時(shí)開始，一旦完成，將核心板和代碼轉(zhuǎn)移到新的PCB是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程。這里描述的聲納發(fā)射器包括可移植的代碼，并有可能在接收器設(shè)計(jì)中重新使用。

除了水星Mercury SA1核心板，瑞蘇盈科還有其他的核心板可以被考慮用來實(shí)現(xiàn)這一應(yīng)用，例如水星Mercury ZX5。 核心板可以實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的高度集成，大大縮短開發(fā)時(shí)間。同時(shí)，通過支持各種外圍接口，可以更加快速方便地實(shí)現(xiàn)未來的功能更新和擴(kuò)展。由于瑞蘇盈科龐大的產(chǎn)品序列，用戶可在Xilinx Kintex-7、Zynq-7000、Zynq Ultrascale+ MPSoC等系列的多款核心板模塊中進(jìn)行選擇。瑞蘇盈科的核心板模塊在其系列（火星Mars、水星Mercury、仙女座Andromeda）內(nèi)與其他大部分核心板管腳兼容，這意味著用戶還可以規(guī)劃明確的升級(jí)路徑，升級(jí)換代時(shí)所付出的工程量大大減小，甚至可以在項(xiàng)目開發(fā)的過程中臨時(shí)更改核心板型號(hào)。瑞蘇盈科的FPGA核心板模塊最低預(yù)期生命周期為10年以上，同時(shí)在設(shè)計(jì)硬件時(shí)著重考慮產(chǎn)品前瞻的可用性和性能，所有產(chǎn)品均可長(zhǎng)期交付。

瑞蘇盈科核心板模塊系列

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