[發明專利]一種FPGA部分重構在雷達信號處理中的裝置及其實現方法

有效

• 申請號: 201610181834.6
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105807263B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 張玉璽;王占超;王俊;尹晗;陳力;王俊凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

【技術領域】

本發明為一種FPGA部分重構在雷達信號處理中的實現方法，該方法采用FPGA部分重構的功能能夠在多種雷達工作模式之間進行動態切換，屬于數字信號處理領域。

【背景技術】

FPGA以其高密度的邏輯資源和豐富的硬件模塊使得它能夠很方便地進行用戶定制以及重新配置。動態可重構是FPGA的一種關鍵特性，它能夠使FPGA在正常工作的同時進行重新配置以實現邏輯功能的改變。動態重構通過時分復用FPGA的邏輯資源來提高整個設計的資源利用率，降低系統功耗。

FPGA可重構從重構方式上可以分為動態重構與靜態重構，靜態重構只能在系統停止運行時才能進行，相對動態重構有較大的配置時隙，靈活性低。動態重構根據配置區域的大小可分為動態全局重構與動態部分重構兩類，動態部分重構能夠配置局部FPGA中的邏輯功能，整個系統上的時序能具有連續性，而動態全局重構是對整個FPGA進行配置，在配置狀態下系統的邏輯混亂不可預測，整個系統的時序將出現斷痕。動態部分重構相比動態全局重構它更改區域相對較小，具有更小的配置比特流文件，配置時隙也相對變小。動態部分重構技術可以對硬件系統正在運行的情況下進行修改，實現不同的邏輯功能，縮短開發周期，有著良好的應用前景。

動態部分重構能在很大程度上提高FPGA的資源使用率降低系統功耗，它的優勢有：

(1)提高資源利用率。通常用可重構邏輯器件的計算任務密度來表示硬件資源利用率，局部動態重構技術通過對資源的時分復用來提高資源利用率。通常用配置在可重構邏輯器件上的計算任務占用的資源量和全部可重構邏輯器件的邏輯資源量的比值來計算資源利用率。

(2)縮短系統重配置時間。當FPGA重新配置時，配置數據流越小則所需的配置時間越少。在進行重構時，局部動態重構技術只對局部資源進行重新配置，而且對現有的執行任務來說重構是不可見的，所以在理論上可以減少系統重配置時間。

(3)提高系統穩定性。當系統出現問題時，局部動態重構技術可以將硬件分區進行隔離，通過對剩下的邏輯資源進行重配置，使用部分資源完成整體任務，從而提高系統的穩定性。

隨著雷達信號處理的實時性要求越來越高，信號處理帶寬也越來越寬，這對FPGA的性能也提出了更高的要求。對于性能越高的FPGA其內部的邏輯資源相對也越多，這樣對于FPGA的設計就會遇到一些問題：

(1)FPGA內部邏輯資源的布線難度提高，布線策略的不同對FPGA邏輯和性能有很大的影響，一般來說FPGA的布線難度與芯片大小成平方比例；

(2)FPGA的邏輯資源占用率也隨著實際系統設計的難度增加而增加；

(3)FPGA的損壞率也隨著其內部邏輯資源數量的增加以及布線難度的增加而提升。

FPGA動態重構就是在FPGA的硬件資源上動態地修改其邏輯功能，滿足不同電路系統的功能要求。動態重構能夠在資源比較有限的FPGA上，通過對硬件資源實現時分復用實現需要較大規模資源的項目，這樣不僅大大提高FPGA的資源利用率而且節省了系統成本，減少了系統的能耗。

針對上面情況以及實際項目需求，本人發明了一種FPGA部分重構在雷達信號處理中的裝置與實現方法。本平臺能夠處理雷達信號中的不同波形(如線性調頻波、步進頻率波、頻移鍵控波、相移鍵控波、幅度鍵控波)，能夠根據不同的波形動態切換不同的處理模式。本系統以FPGA為核心處理器件，包含兩路ADC采樣模塊和一路網口通信模塊，ADC采樣模塊對輸入的模擬雷達波形進行采樣，網口通信模塊接收部分配置文件并對FPGA進行重新配置，實現對不同雷達波形的處理，波形處理結果通過網口通信模塊傳輸到上位機。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種FPGA部分重構在雷達信號處理中的裝置與實現方法。利用FPGA部分重構的方法實現雷達信號中不同波形(如線性調頻波、步進頻率波、頻移鍵控波、相移鍵控波、幅度鍵控波)之間的動態切換。本發明使用Xilinx公司的ISE12.4開發環境進行FPGA的軟件設計，并采用Planahead12.4進行區域劃分實現部分重構，采用VC++6.0編寫上位機控制程序對部分重構進行控制。

本發明一種FPGA部分重構在雷達信號處理中的裝置與實現方法，該方法的實施是基于FPGA硬件系統裝置，所述FPGA硬件包括FPGA核心芯片及其外圍電路、ADC采樣芯片及其外圍電路、網口芯片電路、電源電路。系統的裝置圖如圖1所示。