基于FPGA原型的GPS基帶驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　隨著SoC設(shè)計(jì)復(fù)雜度的提高，驗(yàn)證所需時(shí)間已經(jīng)占到整個(gè)設(shè)計(jì)周期的70%以上，如何減少驗(yàn)證時(shí)間成為一個(gè)十分重要的問(wèn)題。GPS基帶芯片是一個(gè)典型的SoC，其主要功能模塊是相關(guān)器，用以實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)的解調(diào)和解擴(kuò)。相關(guān)器占據(jù)了基帶芯片中的大部分硬件資源，其仿真過(guò)程十分復(fù)雜且耗費(fèi)大量時(shí)間，因此僅僅依靠軟件仿真是不現(xiàn)實(shí)的。隨著FPGA的性能和容量不斷提高，基于FPGA的原型驗(yàn)證能夠減小開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，避免軟件仿真的缺點(diǎn)，加快產(chǎn)品上市時(shí)間，并且能夠真實(shí)地反映硬件的特性。這些優(yōu)點(diǎn)使得基于FPGA的原型驗(yàn)證越來(lái)越多地被用于SoC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。

　　1 從ASIC到FPGA原型的移植

　　理論上，F(xiàn)PGA原型驗(yàn)證要與SoC的結(jié)構(gòu)保持高度一致，但是，由于ASIC和FPGA結(jié)構(gòu)上的差異，導(dǎo)致從ASIC到FPGA的移植需要做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

　　首先，當(dāng)設(shè)計(jì)規(guī)模很大時(shí)，單片的FPGA容量不足以容納整個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)模，需要2個(gè)或多個(gè)FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)驗(yàn)證系統(tǒng)。這時(shí)，F(xiàn)PGA之間的布線延時(shí)給整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序要求帶來(lái)困難，尤其對(duì)于高性能的設(shè)計(jì)。其次，結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致的ASIC和FPGA IP模塊在時(shí)序上不兼容，需要額外的工作進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)換。再次，某些硬IP核無(wú)法移植到FPGA上，需要構(gòu)造適當(dāng)?shù)碾娐坊蛘咴黾油鈬o助電路。

　　2 GPS基帶系統(tǒng)架構(gòu)

　　整個(gè)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括前端射頻部分和基帶部分。前端射頻部分完成信號(hào)接收、濾波、AD轉(zhuǎn)換等；基帶部分完成GPS信號(hào)的解調(diào)、解擴(kuò)、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的跟蹤和捕獲。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　該衛(wèi)星導(dǎo)航基帶芯片基于ARM7TDMI構(gòu)建，擁有為捕獲跟蹤功能所設(shè)置的特殊硬件器件以及大量的常用外設(shè)。例如DMA、UART接口、SPI接口、GPIO、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）等。256 KB的ROM和96 KB的SRAM用于存儲(chǔ)代碼和運(yùn)行程序以及中間數(shù)據(jù)，并可外接FLASH進(jìn)行程序調(diào)試及下載。其基帶框圖如圖2所示。