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引言 超寬帶(UWB)技術近年來發展迅速，它創新的使用模式為擁擠的無線電頻帶來了新的應用理念。與傳統無線技術相比，UWB技術具有頻譜寬、功耗低、安全性高、不易產生干擾等優點，具有良好的市場前景。目前市場上主要的UWB廠商主要有Wisair公司、Wiquest公司等，其中Wisair公司推出的系列產品以其良好的可控性受到消費廠商的青瞇。 DV9110M是Wisair推出的第二代基于Wimedia／MBOA標準的開發板，它體積小、集成度高，是一款多頻帶的OFDM收發器。它擁有兩層結構，包括UWB子板和母板，其中UWB子板是核心，物理層和MAC層都位于子板之上，所有的外圍接口則位于母板上。通過配置管理，DV9110M可以實現 6種不同的數據接口(最高數據傳輸率達200 Mbps)，最高480 Mbps的物理層速度以及發送模塊和接收模塊的配對。 1 軟件配置方式 Wisair提供了一種基于Windows的圖形界面軟件——Wisman，利用它主機可以通過USB接口讀取或修改UWB設備的參數，如RF頻率、包長、數據接口類型、物理層速率等，從而實現設備的配置和管理；同時還可監視發送和接收包的數目以及空中丟包率等，實時掌握UWB模塊的工作情況。 2 配置的FPGA實現 2．1 問題的提出 Wisman操作簡單，但由于DV9110M與主機通信的USB接口位于母板之上，因此使用Wisman時，必須采用兩層結構。這樣用戶使用時再加上一層用戶板，則至少需要三層結構，所占空間體積大，不利于系統集成。同時UWB母板使用5 V電源，使用時必須單獨對其供電，增加了系統消耗。這些都成為限制其推廣應用的瓶頸。 事實上，對UWB模塊進行配置，最終都是通過對位于UWB子板上的芯片進行寄存器操作來實現的。對UWB子板而言，只需提供3．3 V工作電壓以及正確的寄存器配置時序，就可正常實現UWB模塊的數據收發功能，而這些依靠FPGA就可完成。這樣用戶使用時，只需一層FPGA板和一層 UWB子板，大大改善了系統結構。 
2．2 FPGA實現 由于FPGA的工作電壓足3．3 V，因此，為UWB子板提供3．3 V電壓很容易。使用FPGA實現配置的關鍵在于對時序的控制。對UWB子板進行寄存器的相關操作是通過異步并行通信來完成的。該接口主要包括8位數據線，8位地址線和讀寫控制信號。整個寄存器地址空間呈線性分布，并被劃分為若干頁，每一頁的最后一個地址FF用來控制頁跳轉。 配置寄存器的操作步驟如圖1所示。第一步，設定被訪問寄存器的頁地址，此時，地址總線賦予“FF”，數據總線賦予頁地址。第二步，對寄存器寫入參數值，此時地址總線設定為該寄存器的頁內地址，數據總線設為該寄存器要配置的值。 由于是異步通信，因此必須保證最小的時序間隔：其中低有效的寫控制信號的持續時間必須大于76 ns，而相鄰兩次寫操作時間間隔必須大于60 ns。同時，為了配置成功，還應保證在寫控制信號有效時，數據和地址信號保持穩定，具體流程如圖2所示。
包含配置地址和數據信息的文檔位于Wisman安裝目錄下的Default_NoAck．txt中。默認需要順序配置4 195個寄存器。此外，對于特定接口(如以太網接口)以及特定參數(如物理層速率，調頻序列等)需要另行配置，共有8個相關寄存器。因此總共需要配置的寄存器為4 203個。由于配置一個寄存器需要獲知16位地址信息和8位數據信息，因此一個寄存器需要存儲的信息量為24位，而需要配置的寄存器達4 203個，如果將這些信息全固化入ROM中，將占用大量的FPGA資源，不利于系統其他功能的開發。為此，針對這4 203個寄存器，進行分類優化，一共可分為三個部分： 第一部分是前5個寄存器。這5個寄存器的地址和數據沒有規律，但由于數量很少，配置時枚舉即可。 第二部分包括41組寄存器，共4 052個。其中每組寄存器的起始地址都相同，偏移地址在起始地址的基礎上依次增加1。配置這部分寄存器時，只需用ROM存儲8位的數據信息，其地址信息則由該組寄存器的起始地址以及該寄存器的配置順序號決定。這樣24位寬的ROM變為8位寬，大大減少了資源。 第三部分包括148個寄存器，其地址和數據也沒有規律，對這部分寄存器信息用24位的ROM來存儲。 3 仿真結果與資源使用量 通過使用FPGA來代替軟件完成配置，一層子板就可實現UWB模塊的數據收發功能，其高度由20 mm變為10 mm，降低了50％，大大壓縮了體積，有利于UWB模塊在使用時的設備集成；去掉了母板，用FPGA來提供UWB子板的電壓，節省了一個需單獨供電的5 V電源，而且節省了器件，降低了功耗；同時由于減少了母板的中轉，接口時鐘從25 MHz提高到30MHz，理論帶寬由200 MHz提高到240 MHz，提高了20％，在數據的無線傳輸過程中具有重大的意義。 最終仿真波形如圖3所示。
如果用Xilinx Virtex4系列的xc4lxl5器件來綜合，最后使用的資源如表1所列。
結語 本方法在實際應用過程中得到了驗證，能夠穩定地代替軟件行使UWB模塊的配置管理功能，并顯著提高了系統性能，極大方便了Wisair DV9110M的研發應用。 參考文獻 1. 武林俊.李燕文 超寬帶技術在未來無線通信中的應用 [期刊論文] -現代電子技術2007(13) 2. 夏宇聞 Verilog 數字系統設計教程 2008 3. Wisair Development KIT DV9110M User's Manual Rev.1.12 4. Wisair Chipset configuration Application Note Version0.2 作者：北京航空航天大學 李琪 夏宇聞 來源：單片機與嵌入式系統應用 2009（3） |
