基于OMAPL138+FPGA多波束测深系统储存子系统设计与实现

多波束测深系统日益提升的性能提高了对硬件平台的需求,如更大的数据量、更高的传输速率等,这些需求对多波束储存子系统数据储存速率、容量、可靠性都有了更高的要求。本文针对这些要求研究设计了一种基于XILINX SPARTAN6 FPGA和ARM数据储存子系统。

论文设计的储存子系统利用FPGA实现对数据接收、显示、传送,ARM实现对数据实时储存,本文研究工作主要包括硬件电路设计、FPGA逻辑设计和嵌入式软件设计三部分。一、硬件电路设计在分析储存子系统功能需求,论证储存子系统整体设计方案的基础上,完成电路板原理图设计、电路PCB绘制和焊接测试。主要包括电源模块、数据转发模块、通信模块、显示控制模块、FPGA模块、OMAPL138模块及其接口电路模块。二、FPGA逻辑设计在搭建完成的硬件电路上,设计完成对原始数据的接收、传送,同时,完成了基于NIOSⅡ嵌入式系统QSYS硬件结构搭建。主要包括Hotlink的高速串行数据接收器（CY7B933）的逻辑接收电路、UPP协议的逻辑发送电路、基于ADV7123的IP核设计、Hotlink接收数据的IP核设计和通信模块逻辑设计。三、嵌入式软件设计完成了基于uC/GUI的通道波形显示;完成了基于OMAPL138的ARM内核硬盘储存设计;实现了对接收原始数据的波形显示、SATA Ⅱ接口硬盘数据储存的功能。在完成相关软、硬件设计工作基础上,对整体性能进行测试,验证了整体系统工作的稳定性及可靠性。

1 评估板简介
基于TI OMAP-L138（定点/浮点 DSP C674x+ARM9）+ Xilinx Spartan-6 FPGA处理器；
OMAP-L138 FPGA 通过uPP、EMIFA、I2C总线连接，通信速度可高达 228MByte/s；OMAP-L138主频456MHz，高达3648MIPS和2746MFLOPS的运算能力；
FPGA 兼容 Xilinx Spartan-6 XC6SLX9/16/25/45，平台升级能力强；
开发板引出丰富的外设，包含千兆网口、SATA、EMIFA、uPP、USB 2.0 等高速数据传输接口，同时也引出 GPIO、I2C、RS232、PWM、McBSP 等常见接口；
通过高低温测试认证，适合各种恶劣的工作环境；
DSP+ARM+FPGA三核核心板，尺寸为 66mm*38.6mm，采用工业级B2B连接器，保证信号完整性； Ø
支持裸机、SYS/BIOS 操作系统、Linux 操作系统。

图1 开发板正面和侧视图

XM138F-IDK-V3.0 是一款基于深圳信迈XM138-SP6-SOM核心板设计的开发板，采用沉金无铅工艺的4层板设计，它为用户提供了 XM138-SP6-SOM核心板的测试平台，用于快速评估XM138-SP6-SOM核心板的整体性能。

XM138-SP6-SOM引出CPU全部资源信号引脚，二次开发极其容易，客户只需要专注上层应用，大大降低了开发难度和时间成本，让产品快速上市，及时抢占市场先机。不仅提供丰富的 Demo 程序，还提供详细的开发教程，全面的技术支持，协助客户进行底板设计、调试以及软件开发。

2 典型运用领域
数据采集处理显示系统
智能电力系统
图像处理设备
高精度仪器仪表
中高端数控系统
通信设备
音视频数据处理

图2 典型应用领域

3 软硬件参数
开发板外设资源框图示意图

图3 开发板接口示意图

图4 开发板接口示意图