水声通信软件无线电OMAP平台的硬件设计与实现

水声通信作为水下唯一远距离无线通信方式,是实现水下综合信息感知与信息交互的主要手段。而水声信道的时延、多普勒双重扩展以及时变特性给高速率高可靠性通信带来了极大的挑战。因此,研发高速水声通信系统具有非常重大的科研意义和实践价值。软件无线电技术的基本思想是以标准化的硬件为通用平台,把尽可能多的通信功能用可升级、可扩展的软件来实现。运用软件无线电技术指导水声通信系统的顶层设计可以简化底层的硬件模块。同时,这为日后通信算法软件功能升级预留了开发接口。

本论文融合了软件无线电技术和嵌入式技术,设计并部分实现了一套水声通信系统通用硬件平台。论文的主要工作在于研究了水声通信系统发送端和接收端的各个流程环节,给出了通信参数及仿真验证了通信系统的理论性能。并且,针对水声通信系统需要完成大量的通信信号处理运算以及数据传输控制的特点,采用OMAPL138作为嵌入式开发平台。OMAPL138处理器是一款拥有C6748系列DSP核和ARM9核的双核架构低功耗处理器。其强大的数据运算和信息处理能力非常适合用于高速水声通信系统。此外,基于OMAPL138嵌入式平台,实施了水声通信系统硬件平台的驱动软件开发并分析了系统的工作模式。最后,通过对A/D模块、水声换能器的单独测试,以及在消声水池中整机正弦波形的收发测试,验证了本套水声通信系统硬件平台基础的信息传输能力和良好的工作可靠性。

1 评估板简介
基于TI OMAP-L138（定点/浮点 DSP C674x+ARM9）+ Xilinx Spartan-6 FPGA处理器；
OMAP-L138 FPGA 通过uPP、EMIFA、I2C总线连接，通信速度可高达 228MByte/s；OMAP-L138主频456MHz，高达3648MIPS和2746MFLOPS的运算能力；
FPGA 兼容 Xilinx Spartan-6 XC6SLX9/16/25/45，平台升级能力强；
开发板引出丰富的外设，包含千兆网口、SATA、EMIFA、uPP、USB 2.0 等高速数据传输接口，同时也引出 GPIO、I2C、RS232、PWM、McBSP 等常见接口；
通过高低温测试认证，适合各种恶劣的工作环境；
DSP+ARM+FPGA三核核心板，尺寸为 66mm*38.6mm，采用工业级B2B连接器，保证信号完整性； Ø
支持裸机、SYS/BIOS 操作系统、Linux 操作系统。

图1 开发板正面和侧视图 

XM138F-IDK-V3.0 是一款基于深圳信迈XM138-SP6-SOM核心板设计的开发板，采用沉金无铅工艺的4层板设计，它为用户提供了 XM138-SP6-SOM核心板的测试平台，用于快速评估XM138-SP6-SOM核心板的整体性能。

XM138-SP6-SOM引出CPU全部资源信号引脚，二次开发极其容易，客户只需要专注上层应用，大大降低了开发难度和时间成本，让产品快速上市，及时抢占市场先机。不仅提供丰富的 Demo 程序，还提供详细的开发教程，全面的技术支持，协助客户进行底板设计、调试以及软件开发。

2 典型运用领域
数据采集处理显示系统
智能电力系统
图像处理设备
高精度仪器仪表
中高端数控系统
通信设备
音视频数据处理

图2 典型应用领域

3 软硬件参数
开发板外设资源框图示意图

图3 开发板接口示意图

图4 开发板接口示意图