RFSoCADC监控器及监控方法

rfsoc adc监控器及监控方法
技术领域
1.本公开涉及数字信号技术领域，尤其涉及一种基于rfsoc的adc监控器及实现方法，可用于射电天文、数字信号处理。


背景技术：

2.xilinx rfsoc是一种单芯片解决方案，相当于zynq mpsoc和ghz rf采样器多个通道组合的器件，适用于要求高的采样处理。一个rfsoc芯片中封装的组件包括：处理系统(ps)、现场可编程门阵列(fpga)逻辑结构的可编程逻辑(pl)、8或16通道的rf采样器及软判决前向纠错(sd
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fec)块。rfsoc的ps包含一个应用程序处理单元(apu)，一个实时处理单元(rpu)以及一组平台管理和安全配置处理器。rfsoc的pl是fpga逻辑架构的数字电路，该逻辑架构可以为大规模密集型计算提供硬件加速。fpga架构连接到rfsoc的rfdc(radio frequency data converter，射频数据转换)，这是视频信号的输入和输出接口。rf dc有两种类型，第一种是rf模数转换器(rf adc)，第二种是rf数模转换器(rf dac)。第一代rfsoc rf
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adc最高采样率可达4gs/s，信号带宽高达4ghz，rf
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dac的采样率时钟最高支持6.554gs/s，输出信号带宽大于4ghz。rfsoc xczu28dr器件使用每个tile包含两个block的布局，总共采用4个tile来管理8个adc块，可以使用自己的锁相环(pll)生成需要的时钟。每个rf adc模块都包含几个用于数字下变频器(ddc)的核心处理模块。目前，rfsoc技术初步开始应用到射电天文领域，提高天文数字终端信号采集、处理及传输等个方面的性能。本发明提出一种rfsoc adc监控器及监控方法，采用第一代ultrascale+rfsoc xczu28dr芯片实现了8个rf adc通道的高速信号采集及实时监控，提供了友好的人机交互控制界面。
3.然而现有的rfsoc adc监控器使用xilinx公司开发的rf_dc评估软件，服务器端安装其上位机软件，在rfsoc板子上安装xilinx提供的petalinx系统，用户无法修改，灵活性及扩展性差、各种配置和使用方式复杂，并且服务器和rfsoc板子上软件安装需要配置很多依赖环境，安装过程比较复杂及容易出错。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.基于上述问题，本公开提供了一种rfsoc adc监控器及监控方法，以缓解现有技术中rfsoc adc监控器配置复杂、灵活性差、人机交互界面不友好等技术问题。
6.(二)技术方案
7.本公开提供一种rfsoc adc监控器，包括：rfdc单元，通过adc模块将接收的模拟信号转换成数字信号并下变频得到adc信号；信号截取单元，与所述rfdc单元相连，用于对所述adc信号进行比特截取得到截位数据；快照单元，与所述信号截取单元先练，用于读取所述截位的数据，并写入到寄存器；控制单元，用于启动或关闭所述adc模块；以及显示单元，用于实时显示adc模块的运行状态。
8.根据本公开实施例，所述rfdc单元包括adc模块和对应的多条adc信号通道，通过
adc信号通道对模拟信号进行采样后转换为数字信号。
9.根据本公开实施例，所述adc单元通过阈值检测和/或正交调制校正对所述数字信号进行处理，再使用复数混频器和可编程抽取器对数字信号进行下变频得到adc信号。
10.根据本公开实施例，所述adc信号的数据宽度为128bit，通过每个所述截取单元分成8个16bit宽度数据。
11.根据本公开实施例，所述所述rfdc单元包括8个adc模块和对应的8条adc信号通道，从而得到包含64个16bit宽度的数据流的截位数据。
12.根据本公开实施例，所述快照单元包括8个快照模块，每个所述快照模块包括2路输入，每路输入数据宽度为16bit，每4个快照模块对应一条adc信号通道的数据读取，共使用32个快照模块。
13.根据本公开实施例，所述显示单元的后台服务器通过1gb网络及katcp协议获取截位数据，再进行解码，将每一个采样的截位数据右移4位生成有效12bit数据。
14.根据本公开实施例，通过信号发生器产生模拟信号，信号频率为50mhz，功率为
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15dbm。
15.根据本公开实施例，rfsoc通过sd卡模式启动，采用pynq3.5系统。
16.本公开的另一方面，提供一种rfsoc adc监控器的监控方法，包括：通过adc模块将接收的模拟信号转换成数字信号并下变频得到adc信号；对所述adc信号进行比特截取得到截位数据；读取所述截位的数据，并写入到寄存器；对所述述adc模块进行启动或关闭控制；以及实时显示adc模块的运行状态。
17.(三)有益效果
18.从上述技术方案可以看出，本公开rfsoc adc监控器及监控方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
19.(1)简化了设计架构，容易实现adc信号采集通道的实时监控，开发效率高，并且可靠稳定；
20.(2)rf adc信号采样及监控器配置方式非常灵活，通过脚本程序修改相关的参数，利用katcp协议加载fpg文件、发送控制指令及读取寄存器数据；
21.(3)开发了友好的人机交互界面，通过图形化界面控制adc及监控线程，实时显示adc通道的信号采集状态。
附图说明
22.图1为本公开实施例的rfsoc adc监控器的组成示意图。
23.图2为本公开实施例的rfsoc adc监控器的工作原理框架示意图。
24.图3为本公开实施例的rfsoc adc监控器的控制界面的示意图。
25.图4为本公开实施例的rfsoc adc监控器所使用的zcu111 adc tile的架构示意图。
26.图5为本公开实施例的rfsoc adc监控器的实时监控界面显示的监控结果示意图。
27.图6为本公开实施例的rfsoc adc监控器的监控方法的流程示意图。
具体实施方式
28.本公开提供了一种rfsoc adc监控器及监控方法，采用了天文信号处理组(casper)推出的开源库，开发了zcu111 rfsoc电路板adc高速信号采集及实时监控系统，和普通的vivado开发模式比很大简化了设计架构，容易实现adc信号采集通道的实时监控，开发效率高，并且可靠稳定。rf adc信号采样及监控器配置方式非常灵活，通过脚本程序修改相关的参数，利用katcp协议加载fpg文件、发送控制指令及读取寄存器数据。开发了友好的人机交互界面，通过图形化界面控制adc及监控线程，实时显示adc通道的信号采集状态。
29.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
30.在本公开实施例中，提供一种rfsoc adc监控器，针对zcu111 rfsoc adc的信号采集进行实时监控，结合图1和图2所示，所述rfsoc adc监控器，包括：
31.rfdc单元，通过adc模块将接收的模拟信号转换成数字信号并下变频得到adc信号；
32.信号截取单元，与所述rfdc单元相连，用于对所述adc信号进行比特截取得到截位数据；
33.快照单元，与所述信号截取单元先练，用于读取所述截位的数据，并写入到寄存器；
34.控制单元，用于启动或关闭所述adc模块；以及
35.显示单元，用于实时显示adc模块的运行状态。
36.根据本公开实施例，rfdc单元，将输入的模拟信号转换成数字信号，配置adc信号采集通道，选择需要启动的adc核，设置adc的时钟频率及信号同步模式。首先，adc处理采集管道对模拟信号进行采样，将其有效地转换为数字域。然后，adc模块应用dsp技术，例如阈值检测和正交调制校正(qmc)。最后，使用复数混频器和可编程抽取器对信号进行下变频。
37.根据本公开实施例，信号截取单元，实现adc信号比特截取，rfdc每一路adc通道输出的数据宽度为128bit，通过截取单元分成8个16bit宽度数据，总共生成64个16bit宽度的数据流，然后将截位的数据送到快照单元。
38.根据本公开实施例，快照(snapshot)单元，读取截位的数据，并写入到寄存器，对外部数据交互提供api接口。每个snapshot设计2路输入，数据宽度为16bit，4个snapshot满足1路adc通道的数据读取，总共使用32个snapshot模块。
39.根据本公开实施例，控制单元，启动和关闭adc监控程序，采用了如图3所示的图形化的控制界面，人机交互友好，选择需要监控的adc，点击按钮就可以实现对应的adc通道监控。
40.根据本公开实施例，后台服务器通过1gb网络及katcp协议获取数据，再进行解码，即将每一个采样数据右移4位生成有效12bit数据，因为，rfsoc adc的采样精度为12bit。然后再利用python matplot画图，通过显示单元实时显示adc的状态。
41.根据本公开实施例，采用zcu111 rfsoc电路板进行实验，rfsoc通过sd卡模式启动，采用pynq3.5系统。zcu111 adc tile架构如下图5所示。zcu111中有4个tile，每个tile包含2个adc，总共8个adc。
42.根据本公开实施例，通过信号发生器产生模拟信号，信号频率为50mhz，功率为
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15dbm，然后将信号发生器链接到zcu111的tile0 adc224 chan0射频输入接口。实验结果如图4所示。图4测量结果可以看到，显示界面包含adc通道的时域和频域信号，时域是正弦波，频域中频点在50mhz，测量结果和理论值相符。
43.本公开还提供一种rfsoc adc监控器的监控方法，通过上述rfsoc adc监控器进行监控，如图6所示，该监控方法包括：
44.操作s1：通过adc模块将接收的模拟信号转换成数字信号并下变频得到adc信号；
45.操作s2：对所述adc信号进行比特截取得到截位数据；
46.操作s3：读取所述截位的数据，并写入到寄存器；
47.操作s4：对所述述adc模块进行启动或关闭控制；以及
48.操作s5：实时显示adc模块的运行状态。
49.至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
50.依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开rfsoc adc监控器及监控方法有了清楚的认识。
51.综上所述，本公开提供了一种rfsoc adc监控器及监控方法，采用了天文信号处理组(casper)推出的开源库，开发了zcu111 rfsoc电路板adc高速信号采集及实时监控系统，和普通的vivado开发模式比很大简化了设计架构，容易实现adc信号采集通道的实时监控，开发效率高，并且可靠稳定。rf adc信号采样及监控器配置方式非常灵活，通过脚本程序修改相关的参数，利用katcp协议加载fpg文件、发送控制指令及读取寄存器数据。开发了友好的人机交互界面，通过图形化界面控制adc及监控线程，实时显示adc通道的信号采集状态。
52.还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
53.并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
54.再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
55.说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
56.此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
57.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
58.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。