基于FPGA原型的GPS基帶驗證系統設計與實現

　　隨著SoC設計復雜度的提高，驗證所需時間已經占到整個設計周期的70%以上，如何減少驗證時間成為一個十分重要的問題。GPS基帶芯片是一個典型的SoC，其主要功能模塊是相關器，用以實現GPS信號的解調和解擴。相關器占據了基帶芯片中的大部分硬件資源，其仿真過程十分復雜且耗費大量時間，因此僅僅依靠軟件仿真是不現實的。隨著FPGA的性能和容量不斷提高，基于FPGA的原型驗證能夠減小開發風險，避免軟件仿真的缺點，加快產品上市時間，并且能夠真實地反映硬件的特性。這些優點使得基于FPGA的原型驗證越來越多地被用于SoC系統的設計過程。

　　1 從ASIC到FPGA原型的移植

　　理論上，FPGA原型驗證要與SoC的結構保持高度一致，但是，由于ASIC和FPGA結構上的差異，導致從ASIC到FPGA的移植需要做出適當的調整。

　　首先，當設計規模很大時，單片的FPGA容量不足以容納整個設計規模，需要2個或多個FPGA芯片來實現整個驗證系統。這時，FPGA之間的布線延時給整個系統的時序要求帶來困難，尤其對于高性能的設計。其次，結構上的差異導致的ASIC和FPGA IP模塊在時序上不兼容，需要額外的工作進行時序轉換。再次，某些硬IP核無法移植到FPGA上，需要構造適當的電路或者增加外圍輔助電路。

　　2 GPS基帶系統架構

　　整個GPS衛星導航系統包括前端射頻部分和基帶部分。前端射頻部分完成信號接收、濾波、AD轉換等；基帶部分完成GPS信號的解調、解擴、實現信號的跟蹤和捕獲。其系統框圖如圖1所示。

　　該衛星導航基帶芯片基于ARM7TDMI構建，擁有為捕獲跟蹤功能所設置的特殊硬件器件以及大量的常用外設。例如DMA、UART接口、SPI接口、GPIO、實時時鐘（RTC）等。256 KB的ROM和96 KB的SRAM用于存儲代碼和運行程序以及中間數據，并可外接FLASH進行程序調試及下載。其基帶框圖如圖2所示。