|
引言 超寬帶(UWB)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，它創(chuàng)新的使用模式為擁擠的無(wú)線電頻帶來(lái)了新的應(yīng)用理念。與傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)相比，UWB技術(shù)具有頻譜寬、功耗低、安全性高、不易產(chǎn)生干擾等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的市場(chǎng)前景。目前市場(chǎng)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(chǎn)品以其良好的可控性受到消費(fèi)廠商的青瞇。 DV9110M是Wisair推出的第二代基于Wimedia／MBOA標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)板，它體積小、集成度高，是一款多頻帶的OFDM收發(fā)器。它擁有兩層結(jié)構(gòu)，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(guò)配置管理，DV9110M可以實(shí)現(xiàn) 6種不同的數(shù)據(jù)接口(最高數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)200 Mbps)，最高480 Mbps的物理層速度以及發(fā)送模塊和接收模塊的配對(duì)。 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(jī)可以通過(guò)USB接口讀取或修改UWB設(shè)備的參數(shù)，如RF頻率、包長(zhǎng)、數(shù)據(jù)接口類型、物理層速率等，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的配置和管理；同時(shí)還可監(jiān)視發(fā)送和接收包的數(shù)目以及空中丟包率等，實(shí)時(shí)掌握UWB模塊的工作情況。 2 配置的FPGA實(shí)現(xiàn) 2．1 問(wèn)題的提出 Wisman操作簡(jiǎn)單，但由于DV9110M與主機(jī)通信的USB接口位于母板之上，因此使用Wisman時(shí)，必須采用兩層結(jié)構(gòu)。這樣用戶使用時(shí)再加上一層用戶板，則至少需要三層結(jié)構(gòu)，所占空間體積大，不利于系統(tǒng)集成。同時(shí)UWB母板使用5 V電源，使用時(shí)必須單獨(dú)對(duì)其供電，增加了系統(tǒng)消耗。這些都成為限制其推廣應(yīng)用的瓶頸。 事實(shí)上，對(duì)UWB模塊進(jìn)行配置，最終都是通過(guò)對(duì)位于UWB子板上的芯片進(jìn)行寄存器操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)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(shí)序，就可正常實(shí)現(xiàn)UWB模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)功能，而這些依靠FPGA就可完成。這樣用戶使用時(shí)，只需一層FPGA板和一層 UWB子板，大大改善了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 
2．2 FPGA實(shí)現(xiàn) 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(shí)現(xiàn)配置的關(guān)鍵在于對(duì)時(shí)序的控制。對(duì)UWB子板進(jìn)行寄存器的相關(guān)操作是通過(guò)異步并行通信來(lái)完成的。該接口主要包括8位數(shù)據(jù)線，8位地址線和讀寫控制信號(hào)。整個(gè)寄存器地址空間呈線性分布，并被劃分為若干頁(yè)，每一頁(yè)的最后一個(gè)地址FF用來(lái)控制頁(yè)跳轉(zhuǎn)。 配置寄存器的操作步驟如圖1所示。第一步，設(shè)定被訪問(wèn)寄存器的頁(yè)地址，此時(shí)，地址總線賦予“FF”，數(shù)據(jù)總線賦予頁(yè)地址。第二步，對(duì)寄存器寫入?yún)?shù)值，此時(shí)地址總線設(shè)定為該寄存器的頁(yè)內(nèi)地址，數(shù)據(jù)總線設(shè)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(shí)序間隔：其中低有效的寫控制信號(hào)的持續(xù)時(shí)間必須大于76 ns，而相鄰兩次寫操作時(shí)間間隔必須大于60 ns。同時(shí)，為了配置成功，還應(yīng)保證在寫控制信號(hào)有效時(shí)，數(shù)據(jù)和地址信號(hào)保持穩(wěn)定，具體流程如圖2所示。
包含配置地址和數(shù)據(jù)信息的文檔位于Wisman安裝目錄下的Default_NoAck．txt中。默認(rèn)需要順序配置4 195個(gè)寄存器。此外，對(duì)于特定接口(如以太網(wǎng)接口)以及特定參數(shù)(如物理層速率，調(diào)頻序列等)需要另行配置，共有8個(gè)相關(guān)寄存器。因此總共需要配置的寄存器為4 203個(gè)。由于配置一個(gè)寄存器需要獲知16位地址信息和8位數(shù)據(jù)信息，因此一個(gè)寄存器需要存儲(chǔ)的信息量為24位，而需要配置的寄存器達(dá)4 203個(gè)，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(tǒng)其他功能的開(kāi)發(fā)。為此，針對(duì)這4 203個(gè)寄存器，進(jìn)行分類優(yōu)化，一共可分為三個(gè)部分： 第一部分是前5個(gè)寄存器。這5個(gè)寄存器的地址和數(shù)據(jù)沒(méi)有規(guī)律，但由于數(shù)量很少，配置時(shí)枚舉即可。 第二部分包括41組寄存器，共4 052個(gè)。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(chǔ)上依次增加1。配置這部分寄存器時(shí)，只需用ROM存儲(chǔ)8位的數(shù)據(jù)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(hào)決定。這樣24位寬的ROM變?yōu)?位寬，大大減少了資源。 第三部分包括148個(gè)寄存器，其地址和數(shù)據(jù)也沒(méi)有規(guī)律，對(duì)這部分寄存器信息用24位的ROM來(lái)存儲(chǔ)。 3 仿真結(jié)果與資源使用量 通過(guò)使用FPGA來(lái)代替軟件完成配置，一層子板就可實(shí)現(xiàn)UWB模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)功能，其高度由20 mm變?yōu)?0 mm，降低了50％，大大壓縮了體積，有利于UWB模塊在使用時(shí)的設(shè)備集成；去掉了母板，用FPGA來(lái)提供UWB子板的電壓，節(jié)省了一個(gè)需單獨(dú)供電的5 V電源，而且節(jié)省了器件，降低了功耗；同時(shí)由于減少了母板的中轉(zhuǎn)，接口時(shí)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(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸過(guò)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(lái)綜合，最后使用的資源如表1所列。
結(jié)語(yǔ) 本方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中得到了驗(yàn)證，能夠穩(wěn)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(tǒng)性能，極大方便了Wisair DV9110M的研發(fā)應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 1. 武林俊.李燕文 超寬帶技術(shù)在未來(lái)無(wú)線通信中的應(yīng)用 [期刊論文] -現(xiàn)代電子技術(shù)2007(13) 2. 夏宇聞 Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xué) 李琪 夏宇聞 來(lái)源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2009（3） |
