基于OMAP的水声通信嵌入式系统研究与实现

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随着人类对海洋资源的探索,以及各国海洋安全意识的提升,人们对水下通信技术发展的要求日益迫切。水声通信系统中,水声MODEM负责接收和发送水声信号,是水声通信网的通信节点。数字信号处理平台是水声MODEM的重要组成部分,负责实现水声通信中调制解调算法。考虑到水声通信的特点,数字信号处理平台在设计上既要满足高速数据处理的要求,又需在硬件方面高度集成并保证低功耗。本文提出并实现了一种水声通信数字信号处理平台的设计方案,包括硬件平台的设计,软件嵌入式Linux系统的详细构建。为了实现平台高速和集成的要求,硬件方面,平台采用MCU+OMAP+FPGA的组成结构,其中MCU负责系统的监控和管理,OMAP核心板上的OMAPL138处理器集成了ARM与DSP,兼具ARM的控制功能以及DSP的数字信号处理能力,FPGA则作为平台上通信算法的实现模块。文中详细介绍了各部分的实现方式以及模块间的主要接口。该平台软件部分主要工作是在OMAP核心板上构建一个嵌入式Linux系统,作为平台的控制中心。借助操作系统,可以更好的管理平台上的设备资源,并且支持网络通信,使与主机之间的通信更加便捷。嵌入式开发一般采取主机-目标机的方式,本文首先在主机上搭建开发环境并安装必要工具软件;然后根据OMAP双核处理器的启动方式,并结合信号处理平台的工作需求,定制符合硬件平台的嵌入式Linux系统,包括U-Boot、Linux内核以及根文件系统的定制与移植。接着根据平台上的硬件设备使用情况,设计相应的驱动程序。本文主要对OMAP核心板与FPGA之间的通信接口进行驱动开发,包括接口中的GPIO控制驱动和UPP数据总线驱动,分别采用ioctl和内存映射等方式实现字符设备的驱动程序设计。对于OMAPL138双核处理器来说,文中利用DSPLINK进行双核通信的开发,使运行在DSP核上的水声通信软件和运行在ARM核上的嵌入式Linux系统能够进行数据交互并实现协同工作。本文结尾对OMAP核心板外围接口进行了通信测试,包括SPI、EMIF、串口、网口等,验证了数据传输的正确性。针对平台在调试阶段与正常工作阶段不同的使用需求,可以将编译好的镜像文件置于主机的相关文件夹下,选择启动时通过TFTP方式下载,也可以将镜像文件分别烧写至平台的NAND FLASH中,启动时从FLASH加载。通过启动测试,平台上的嵌入式Linux系统可以正常运行,为后续应用软件开发打下基础。最后通过数据通信测试结果表明,本文设计的驱动程序可以正确实现核心板与FPGA之间的通信。
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