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基于FPGA原型的GPS基带验证系统设计与实现

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FPGA芯片采用Altera公司Stratix III系列的EP3SL-150F1152C3,ARM7CPU采用ARM7TDMI的验证测试芯片,ARM9芯片采用Samsung的S3C2410芯片。

由于ARM7内核无法移植,所以采用外接的ARM7TDMI测试芯片作为CPU,同时电路板上集成了一块ARM9芯片。因此该平台也可用于基于ARM9内核的SOC验证平台,并且板上预留的扩展接口可以再接一块ARM9芯片,可用于双核的开发。

基带芯片其他部分都位于FPGA芯片中。编译后的电路通过FPGA旁边的JTAG接口下载到FPGA芯片中,通过ARM旁边的JTAG接口进行软件下载和调试。软件调试工具使用ADS1.2。信号可以通过RS232串口或者USB接口与上位机进行通讯。

4 验证中的问题分析和解决

从ASIC到FPGA的移植需要根据实际情况做一些调整。在该系统中,采用ARM7TDMI测试芯片的CPU时钟由FPGA内部产生,经由电路板送到ARM7芯片,由于板级布线延时,FPGA内部时钟和ARM7时钟在相位上不再保持同步,由此造成时序混乱。因此,在FPGA输出时钟到ARM7之前要做相位调整,以补偿在板级线路的延时。

FPGA验证也有不足之处。

首先,调试困难,由于EDA工具不够完善,所以缺乏有效的调试手段。示波器和逻辑分析仪作为主要的调试工具,在问题的定位上给验证人员提出了更高的要求;虽然目前的EDA软件集成了内部的在线逻辑分析仪,但是在使用上仍然有缺陷。协助调试方法主要有2种:(1)软件仿真和硬件模拟结合,当硬件调试很难对问题定位时,可以将代码编译成二进制文件保存到ROM中,在软件平台上运行程序,提高信号的可观察性。(2)在基带结构中增加测试电路,对关键信号进行监视,当出现问题时可利用测试电路所保存的数据进行分析。

其次,ASIC和FPGA结构上的差异给验证工作带来了额外的负担。验证人员需要时刻保持ASIC和FPGA在版本上的一致性。原则上,ASIC上的任何的改动都要精准地反映在FPGA中,二者的一致性是相对的,验证人员需要做到心中有数。要做好二者的一致性,要对模块进行正确划分。把从ASIC到FPGA需要调整的部分单独划分出来(不影响系统系能的前提下)。这样,当ASIC部分进行代码更新时,只要不涉及到需要调整的部分,全部替换即可。这样即节省了时间,又保证了二者的一致性。

再次,FPGA平台运行性能较差。在本系统中,CPU和AHB总线的时钟可以稳定运行在100 MHz左右,但是,ARM7和FPGA之间布线延时造成ARM7最高运行在32 MHz左右,否则就不能保证功能以及时序上的正确性。因此,FPGA原型验证在性能上要低于ASIC平台。采取的方式是:在ARM7平台上测试功能,在ARM9平台上测试性能。采用ARM9芯片时,系统可以运行在100 MHz左右,完全满足系统整体性能的要求。板级系统的可扩展性有助于解决在验证过程中的某些问题。

经过充分的验证,本系统实现了基于FPGA原型验证平台的GPS基带芯片的导航定位功能。

参考文献

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作者:冯华星1,何文涛1,李晓江2    来源:电子技术应用2010年第7期

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