基于Chirp函数的NiosⅡ嵌入式设计与实现

　　引 言

　　SoC(System on(2hip)是20世纪90年代提出的概念，它是将多个功能模块集成在一块硅片上，提高芯片的集成度并减少外设芯片的数量和相互之间在PCB上的连接，同时系统性能和功能都有很大的提高。随着FPGA芯片工艺的不断发展，设计人员在FPGA中嵌入软核处理器成为可能，Altera和Xilinx公司相继推出了SoPC(System on a Programmable Chip)的解决方案，它是指在FPGA内部嵌入包括(;PtJ在内得各种IP组成一个完整系统，在单片FPGA中实现一个完整地系统功能。Chirp函数在射电天文信号的消色散处理中发挥着重要的作用，研究在FPGA中实现Chirp函数是基于FPGA的射电宇宙信号处理的重要组成部分。

　　SoC的定义多种多样，由于其内涵丰富、应用范围广，很难给出准确定义。一般说来， SoC称为系统级芯片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。

　　l 系统总体设计

　　该设计是基于SoPC技术设计的Chirp函数信号发生器，该系统把微处理器模块和DDS模块集成到单片FPGA芯片内部，通过在嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ编写的程序，实时控制微处理器对DDS的控制字输出，DDS模块根据频率控制字的不同，输出不同的数字化正弦波。使之符合Chirp函数的时变频率特征。Chirp函数根据输出频率的递变规律一般分为两种：线性Chirp函数和非线性Chirp函数，以下是两种Chirp函数在频域上的表现图如图2，图3所示。

　　从图2，图3可以看出Chirp函数的频率输出与时间的f-t关系可以总结为：

　　(1)对于线性Chirp函数

　　在连续域时间域内有关系式：

　　式中：k为常数;f0为初始输出频率;t为连续时间。

　　在离散时间域有关系式：

　　式中：k为常数;f0为初始输出频率;n为采样点。

　　(2)对于非线性Chirp函数

　　在连续域时间域内有关系式：

　　式中：f为非线性函数;f0为初始输出频率;t为连续时间。

　　在离散时间域有关系式：

　　因此该Chirp信号源的功能是：在NiosⅡ中建立的微控制器;使用嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ建立对DDS频率控制字输出实时改变的任务;根据线性和非线性Chirp函数的特点控制字的输出根据需要线性或者非线性输出，并且在此设计中将该任务的优先级设置为最高。利用VHDL语言编写DDS模块，首先根据Matlab计算出需要的正弦数据，然后将这些数据存储于ROM中供DDS模块调用，并且通过微控制器中的Jtag_uart传输模块在编程监视窗口实时观测当前输入频率的大小，具体结构如图4所示。