基于FPGA的水聲信號(hào)采樣存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.2 主端口IP 核

因?yàn)镾DRAM 主控IP 核在NiosII 軟核CPU 總線控制下作為從端口，所以不能主動(dòng)發(fā)起 讀寫(xiě)操作，因此必須新建第二條AVALON 總線，設(shè)計(jì)讀寫(xiě)主端口IP 核，才能實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)外接 SDRAM 芯片的功能。主端口IP 核的時(shí)序操作，是對(duì)主控IP 核的時(shí)序轉(zhuǎn)接，面向SDRAM 控制器進(jìn)行控制。根據(jù)讀寫(xiě)使能信號(hào)不同，進(jìn)行不同時(shí)序傳送。

3.2 軟件程序設(shè)計(jì)

NiosII CPU 作為軟核，可方便進(jìn)行模塊化操作，具有可移植，可配置，易整合的特點(diǎn)。 在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下五種主要功能：?jiǎn)吸c(diǎn)寫(xiě)SDRAM，單點(diǎn)讀SDRAM， 數(shù)據(jù)飛讀，連續(xù)寫(xiě)SDRAM，連續(xù)讀SDRAM 的功能。在程序當(dāng)中留有接口，方便其他功能 整合，符合模塊化設(shè)計(jì)的要求。

首先，完成功能的初始化，主要是設(shè)置選擇操作模式與存儲(chǔ) AD 數(shù)據(jù)的時(shí)鐘分頻系數(shù)。 作為SDRAM 的讀操作必須滿足寫(xiě)滿之后，方可進(jìn)行，所以初始化主控IP 核為寫(xiě)SDRAM 操作。設(shè)置分頻系數(shù)可以按照如下公式計(jì)算：

其次，通過(guò)對(duì)于串口進(jìn)行協(xié)議解析，分別實(shí)現(xiàn)五部分預(yù)設(shè)功能。主程序操作流程如圖4所示。

實(shí)現(xiàn)的五部分功能依次為：

（1） 單點(diǎn)寫(xiě)SDRAM 操作：CPU 給出地址，數(shù)據(jù)，以及寫(xiě)操作選擇信號(hào)。

（2） 連續(xù)寫(xiě)SDRAM 操作：CPU 只是給出寫(xiě)操作選擇信號(hào)，由主控IP 核將AD 數(shù)據(jù)寫(xiě)入至SDRAM 環(huán)形存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)。

（3） 數(shù)據(jù)飛讀操作：只需要讀取飛讀數(shù)據(jù)寄存器，可以將當(dāng)前狀態(tài)AD 輸入值送回至CPU，偵測(cè)當(dāng)前狀態(tài)。

（4） 單點(diǎn)讀SDRAM 操作：CPU 送出讀SDRAM 地址，然后選擇讀操作，設(shè)置控制寄存器為0x00000001，啟動(dòng)讀操作。最后將讀回?cái)?shù)據(jù)通過(guò)串口實(shí)時(shí)回傳。

（5） 連續(xù)讀SDRAM 操作：是將基本讀操作進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。設(shè)置串口回傳緩沖區(qū)為80 字節(jié)，連續(xù)讀SDRAM 數(shù)據(jù)并連續(xù)填寫(xiě)緩沖區(qū)，一旦填滿，則啟動(dòng)串口發(fā)送。同時(shí)，讀地址在每次讀操作結(jié)束后自動(dòng)加一，當(dāng)操作次數(shù)達(dá)到環(huán)形空間最大存儲(chǔ)數(shù)量時(shí)，停止連續(xù)讀操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)作為水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（UW-ASN）節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)組成部分，具有結(jié)構(gòu)清楚，功 能完善，整合性強(qiáng)，性能可靠的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)整體架構(gòu)的模塊化操作以及可編程性，使得整個(gè) 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的具有靈活性與低風(fēng)險(xiǎn)性。經(jīng)項(xiàng)目試驗(yàn)驗(yàn)證，該數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)設(shè)計(jì)滿足傳感器節(jié) 點(diǎn)的功能要求，為水聲通信試驗(yàn)順利進(jìn)行以及水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能完善提供可靠保證。

本文創(chuàng)新點(diǎn)：在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)當(dāng)中，充分考慮了模塊的可重用性和可移植性，通過(guò)IP核的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)底層驅(qū)動(dòng)，提高系統(tǒng)集成度，充分發(fā)揮了SOPC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。