Chirp函數的Nios Ⅱ嵌入式實現

摘 要：首先分析Chirp函數在頻域上的一般特性，提出利用FPGA的嵌入式軟核NiosⅡ處理器在嵌入式操作系統μC／OS－Ⅱ上實現Chirp的方法，即通過NiosⅡ處理器根據Chirp函數在頻域上頻率的跳變情況實時改變輸出DDS(直接數字合成序列)模塊的頻率步進控制字的辦法，控制DDS模塊的頻率輸出，實現Chirp函數所要達到的掃頻輸出性的目的。通過在NiosⅡIDE編程環境中的Console窗口觀察，該設計能很好地實現Chirp函數功能。
關鍵詞：μC／OS－ⅡSoPC；DDs；FPGA；Chirp函數

0 引 言
SoC(System on(2hip)是20世紀90年代提出的概念，它是將多個功能模塊集成在一塊硅片上，提高芯片的集成度并減少外設芯片的數量和相互之間在PCB上的連接，同時系統性能和功能都有很大的提高。隨著FPGA芯片工藝的不斷發展，設計人員在FPGA中嵌入軟核處理器成為可能，Altera和Xilinx公司相繼推出了SoPC(System on a Programmable Chip)的解決方案，它是指在FPGA內部嵌入包括(；PtJ在內得各種IP組成一個完整系統，在單片FPGA中實現一個完整地系統功能。與SoC相比，SoPC具有更高的靈活性，FPGA的可編程特性使之可以根據需要任意定制SoC系統；與ASIC相比，SoPC具有設計周期短，設計成本低的優勢，同時開發難度也大大降低。由于電磁波在傳輸過程中，經過色散介質如不均勻的波導，高空電離層時會發生色散現象，Chirp函數在射電天文信號的消色散處理中發揮著重要的作用，研究在FPGA中實現Chirp函數是基于FPGA的射電宇宙信號處理的重要組成部分。

l 系統總體設計
圖1為基于FPGA的射電宇宙信號處理框圖。

該設計是基于SoPC技術設計的Chirp函數信號發生器，該系統把微處理器模塊和DDS模塊集成到單片FPGA芯片內部，通過在嵌入式操作系統μC／OS-Ⅱ編寫的程序，實時控制微處理器對DDS的控制字輸出，DDS模塊根據頻率控制字的不同，輸出不同的數字化正弦波。使之符合Chirp函數的時變頻率特征。Chirp函數根據輸出頻率的遞變規律一般分為兩種：線性Chirp函數和非線性Chirp函數，以下是兩種Chirp函數在頻域上的表現圖如圖2，圖3所示。

從圖2，圖3可以看出Chirp函數的頻率輸出與時間的f-t關系可以總結為：
(1)對于線性Chirp函數
在連續域時間域內有關系式：

式中：k為常數；f0為初始輸出頻率；t為連續時間。
在離散時間域有關系式：

式中：k為常數；f0為初始輸出頻率；n為采樣點。
(2)對于非線性Chirp函數
在連續域時間域內有關系式：

式中：f為非線性函數；f0為初始輸出頻率；t為連續時間。
在離散時間域有關系式：

式中：f為非線性函數；f0為初始輸出頻率；n為采樣點。