外文文獻(xiàn)及翻譯-使用基于重構(gòu)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的fpga分析高性能功率譜

1、1使用基于重構(gòu)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的FPGA分析高性能功率譜摘要：功率譜分析是一種提供信號(hào)關(guān)鍵信息的重要工具。應(yīng)用的范圍包括通信系統(tǒng)到DNA測(cè)序。如果傳輸信號(hào)存在干擾，這可能是由于自然原因或疊加因素影響。在后一種情況下，其早期檢測(cè)和分析變得非常重要。在這種情況下有一個(gè)小觀察窗，在功率譜中快速查找可以顯示大量的信息，包括頻率和干擾源。在本文，我們提出基于重構(gòu)平臺(tái)FPGA功率譜分析的設(shè)計(jì)。這樣就可以達(dá)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和對(duì)小時(shí)域輸入信號(hào)的采樣處理。處理過(guò)

2、程包括通過(guò)一個(gè)輸入值的集合來(lái)計(jì)算其功率，平均值和峰值。該平臺(tái)支持四路輸入通道同步采集。1 緒論功率譜信號(hào)的概念和使用是基礎(chǔ)工程，應(yīng)用在通信系統(tǒng)中、微波和雷達(dá)。最近，它也被用在不同的領(lǐng)域,如基因識(shí)別。在一個(gè)典型的發(fā)送接收信號(hào)系統(tǒng)中,如果接收到的信號(hào)是純粹的、就像預(yù)期的那樣,那么就沒(méi)有必要過(guò)濾。然而，在另一方面，一些干擾覆蓋所接收的信號(hào)，可能需要一定的分析，以了解更多的干擾。由于干擾往往增加接收電波的額外功率，功率成為了分析這類問(wèn)題有用的標(biāo)

3、準(zhǔn)。運(yùn)用逆向工程技術(shù),輸入信號(hào)的過(guò)剩電量信息可以幫助尋找接口的特點(diǎn),如頻率、電源等。一個(gè)功率譜表現(xiàn)各種頻率成分的大小的一個(gè)信號(hào)。通過(guò)看譜,你能看到多少能量或功率是包含在信號(hào)的頻率成分內(nèi)的。分析及評(píng)價(jià)功率譜是隔離噪音的其中一種方式。有一些產(chǎn)生功率譜的技巧, 最常見(jiàn)的一種是通過(guò)使用傅里葉變換，其他技術(shù),如小波變換或最大熵方法也可以被使用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究,確定功率譜可以有三種方法:（1） 使用頻譜和信號(hào)分析儀 -一個(gè)商業(yè)專用的工具，顯示實(shí)時(shí)功

4、率譜。（2）使用微機(jī)信號(hào)分析儀插件卡。（3）通過(guò)數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和一個(gè)執(zhí)行快速傅立葉變換（FFT）臺(tái)式機(jī)。從成本和復(fù)雜性的角度,對(duì)上述三個(gè)選擇降序排列,然而從靈活性考慮, 他們是升序排列的。專用分析儀是有時(shí)候使用,但他們可能不符合成本效益及靈活性或者當(dāng)觀察期很短時(shí)，能力不夠提取相關(guān)干擾, 一般而言,第二個(gè)選擇提供了額外的靈活性,特別是現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的使用。本文中我們提出我們的設(shè)計(jì)的一個(gè)非常強(qiáng)大的可重構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為解決復(fù)

5、雜信號(hào)的功能和實(shí)時(shí)分析。雖然這個(gè)作品作為一個(gè)工作站的附加卡，它是非常強(qiáng)大，靈活和相對(duì)低成本。功率譜分析使用由我們開(kāi)發(fā)的多通道數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理上進(jìn)行一些數(shù)據(jù)通道同時(shí)運(yùn)作四個(gè)模塊。該解決方案允許基于 FPGA 的實(shí)時(shí)采集和輸入信號(hào)的來(lái)樣加工。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和分析，基于選定的選項(xiàng)，數(shù)據(jù)傳遞到主機(jī)的基礎(chǔ)上。同時(shí)我們的卡上進(jìn)行數(shù)據(jù)支持每個(gè)數(shù)據(jù)流上四通道復(fù)雜的運(yùn)算法則。本文開(kāi)始我們簡(jiǎn)單的討論了功率譜分析力學(xué)。第三節(jié)概述了可重構(gòu)計(jì)算和用于這種工作的卡

6、。第四和第五章中,我們分別討論了我們的實(shí)現(xiàn)方案用于功率譜分析的基礎(chǔ)上重構(gòu) FPGA 硬件和實(shí)驗(yàn)裝置。最后，本文總結(jié)并指出了今后改進(jìn)的方向。3為可重構(gòu)計(jì)算卡系統(tǒng)軟件接口實(shí)現(xiàn)了紅帽 Linux 操作系統(tǒng)。它提供的數(shù)據(jù)傳輸和控制卡，不論預(yù)期的應(yīng)用方面的所有基本功能。該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行資源管理和服務(wù)來(lái)分配/釋放 DMA 緩沖區(qū)。該系統(tǒng)軟件還提供基本服務(wù)的配置，安裝/免費(fèi)資源，輸入數(shù)據(jù)發(fā)送，接收輸出數(shù)據(jù)，計(jì)算等發(fā)起。4 功率頻譜分析儀對(duì)可重構(gòu)計(jì)算

7、功率頻譜分析儀的應(yīng)用主要有兩部分組成：一個(gè)運(yùn)行在主機(jī)系統(tǒng)上和另一個(gè)運(yùn)行在連接到主機(jī)的 RC 卡。主機(jī)控制應(yīng)用程序的初始設(shè)置。原始輸入數(shù)據(jù)是預(yù)先由 RC 卡處理，以及電力，平均功率和峰值功率值確定主機(jī)控制應(yīng)用程序的初始設(shè)置。原始輸入數(shù)據(jù)是預(yù)先由 RC 卡處理，以及電力，平均功率和峰值功率值決定的。在主機(jī)上執(zhí)行由RC產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)后處理等操作。這是必須完成的功率譜分析如圖 1 所示，輸入的 LVDS 數(shù)據(jù)流是由機(jī)載接收機(jī)處理，為計(jì)算引

8、擎兼容的信號(hào)。功率譜計(jì)算塊駐留在XCV800計(jì)算的FPGA如圖2所示。它由六個(gè)主要部分組成：輸入采樣器和緩沖器，多通道FFT單元，信道分離器和功率計(jì)算單元，平均和峰值功率的計(jì)算單位，時(shí)間標(biāo)記和控制，以及XCV800-XCV300接口。在下面的小節(jié)中，我們描述這些組件的應(yīng)用程序。圖 2 計(jì)算功率譜分析儀上實(shí)現(xiàn) FPGA4.1 輸入采樣和緩沖頻譜分析儀應(yīng)用程序需要四個(gè)輸入，每有一個(gè) 4 位數(shù)據(jù)寬度 LVDS 通道。但是，只有八個(gè)頻道專門(mén)為差