Требования и предусловия

Для платы IO331 HDL Workflow Advisor требует комплекта инструментальных средств Xilinx® ISE. Чтобы установить этот комплект инструментальных средств, в Командном окне, введите:

hdlsetuptoolpath('ToolName', 'Xilinx ISE', 'ToolPath', toolpath)

где toolpath полный путь к исполняемому файлу инструмента синтеза.

Для требований комплекта инструментальных средств других плат смотрите Поддерживаемые Сторонние программы и Оборудование (HDL Coder).

PLL и синтез частоты

PLL требуется, чтобы блокировать сгенерированную частоту, поскольку желаемая частота является любым произвольным отношением (synN/synM в некоторой области значений) входной частоты. Мы сначала создадим модель с PLL в 'Подсистеме' синтеза частоты. Модель содержит блоки верхнего уровня, которые помогают симуляции модели на рабочем столе, а также предоставляют входные параметры FPGA для того, чтобы к настройкам параметров при выполнении в режиме реального времени на цели.

Внешний сигнал франка частоты вводится в одну из линий ввода-вывода TTL, сконфигурированных, как введено. Мы хотим управлять моделью на частоте. synN и synM являются целыми числами, которые могут варьироваться, чтобы получить частоты, отличающиеся от франка. Модель dslrtExtDIOInt использует замкнутый цикл фазы (PLL), чтобы заблокировать частоту, сгенерированную блоком NCO HDL Optimized к желаемой частоте Fd.

open_system(fullfile(matlabroot,'toolbox','rtw','targets','xpc','xpcdemos','dslrtExtDIOInt'))

Синтез частоты

Подсистема синтеза Частоты состоит из подсистемы детектора Фазы, генератора с программным управлением (NCO) и делителей частоты. HDL-код будет сгенерирован для этой подсистемы.

Детектор фазы

Подсистема детектора фазы сравнивает фазу двух сигналов при помощи блока XOR. 'countDutyCycle' функциональный блок реализует контурный фильтр в форме подсчета количества высоких выборок между двумя возрастающими ребрами XOR выход. Это также сравнивает вхождение возрастающих ребер этих двух входных сигналов к подсистеме для того, чтобы предоставить знак разности фаз.

Передаточная функция функции 'countDutyCycle':

x = [-5/4 -1 -(1/2+eps) -1/2 0 1/2 (1/2+eps) 1 5/4];
y = [   -.5  0      1          -1  0  1       -1     0     .5];
h = plot(x,y);
a=get(h, 'parent');
a.XTickLabel = {  ''   '-\pi'   '-\pi/2'  '0'  '\pi/2' '\pi' ''};
a.YTick = [-1 0 1];
a.YTickLabel = {'-N' '0' 'N'};
a.XGrid ='on';
a.YGrid ='on';
xlabel('Phase difference (rad)');
ylabel('Output (Duty cycle in number of samples)');
title('Phase Detector output');
snapnow;

Детектор фазы выход повторяется за пределами области значений, указывающей на рабочий диапазон детектора XOR. Из-за этого входная частота должна быть в определенном рабочем диапазоне PLL. Значение N на оси Y зависит от мгновенной частоты входного сигнала и центральной частоты ФК. Область значений выведена в разделе 'PLL working frequency range'.

Оптимизированный HDL NCO: генератор с программным управлением генерирует статическую частоту, как определено входом 'Center freq'. Когда входной сигнал 'Касательно В' варьируется от центральной частоты, 'Phase Detector', выход генерирует сигнал восполнить различие в частоте. Сгенерированный сигнал коррекции добавляется к значению для центральной частоты, чтобы произвести соответствующую частоту. Эта подсистема используется только в отладке и контроле и может быть безопасно упущена из приложения.

Делители частоты: Они делят частоту входа прямоугольной волны в 'Касательно В' и сгенерированный сигнал произвести необходимое преобразование частоты.

'Распечатайте Целевую Частоту' подсистема

Эта подсистема содержит блоки, которые решают, что временной интервал между последовательной выборкой поражает и распечатывает мгновенную частоту выполнения модели в килогерце. Для точного измерения блок 'CPU Clk Freq' должен быть установлен в частоту тактовой частоты ЦП цели, разделенной на 1e3 (для преобразования в kHz).

PLL, работающий частотный диапазон

Следующее является списком переменных и значений по умолчанию, используемых моделью (заданный в коллбэке модели PreLoadFcn):

   synN = 3;       % frequency division ratio
   synM = 2;       % frequency division ratio
   Fs = 33e6;      % Sampling Frequency
   Fr = 16.5e3;    % Input frequency = 16.5 kHz
   df = .5;        % Frequency resolution = .5 Hz
   minSFDR = 96;   % Spurious free dynamic range >= 96 dB

   Ts = 1/Fs;                  % Sample period = 3.0303e-08 seconds
   Fc = Fr * synN / synM;      % Oscillator Center frequency = 24.75 kHz

   % For simulation only:
   inputPeriod = round(Fs/Fr);
   % Ensure period is even for the pulse generator to produce 50% duty cycle
   inputPeriod = inputPeriod + mod(inputPeriod, 2);
   % 'Period' parameter of Pulse Generator block = 1334

   % Calculate number of accumulator bits required for the frequency resolution.
   Nacc = ceil(log2(1/(df*Ts))); % NCO Accumulator word length = 26
   actdf = 1/(Ts*2^Nacc); % Actual frequency resolution achieved = 0.4917 Hz

   % Calculate number of quantizer accumulator bits required from the SFDR requirement.
   Nqacc = ceil((minSFDR-12)/6); % number of quantizer accumulator bits = 14

   % Calculate the phase increment.
   inc = round(Fc*Ts*2^Nacc); % inc = 75497

Рабочий диапазон этого PLL может быть выведен можно следующим образом:

Пределы в-/2 и/2 достигнуты, когда задержка сгенерированного сигнала соответствует половине количества выборок в один период сигналов. Это может произойти на частоте и выше и ниже центральной частоты, соответственно. Рассмотрите более низкую частоту. Чтобы симулировать эту частоту с помощью импульсного генератора блокируются, переменная 'inputPeriod' должна быть увеличена на значение 'x'. В результате:

Детектор Фазы производит выход, равный рабочему циклу в области значений или одном периоде сравниваемой прямоугольной волны. Поправочный коэффициент =. Это объединено со значением шага фазы, соответствующим центральной частоте, чтобы произвести частоту, равную входу. Приравнивание двух предыдущих результатов дает:

Решение этого квадратного уравнения и пущение меньшего корня дают, от которого вычисляется:

   x_l = min(roots([1 -(inc - (2*inputPeriod)) - (inputPeriod*(inc - inputPeriod)) + (2^Nacc*(synN/synM))]));
   % The lower bound for the frequency range is:
   Fl = Fs / (inputPeriod + x_l);

Так же верхняя связанная частота может быть вычислена:

   x_h = min(roots([1 -(inc + (2*inputPeriod)) +(inputPeriod*(inc + inputPeriod))-(2^Nacc*(synN/synM))]));
   % The upper bound for the frequency range is:
   Fh = Fs / (inputPeriod - x_h);

Откройте модель

Щелкните здесь, чтобы открыть модель: dslrtExtDIOInt.

Сгенерируйте HDL-код с помощью HDL Workflow Advisor

Для этого примера используемое устройство является платой FPGA Speedgoat IO331. Процедура генерации HDL-кода является как описано в примере Цифровым вводом-выводом с Советом FPGA Speedgoat. Различия включают используемую плату и отображения контакта ввода и вывода, которые описаны в этом разделе.

Целевое устройство

Установите целевую платформу на FPGA Speedgoat IO331 и проверяйте, что HDL Workflow Advisor устанавливает инструмент синтеза на Xilinx® ISE Design Suite. Эта установка конфигурирует характеристики платы и инструмент синтеза, используемый в последующих задачах.

Целевой интерфейс

Ссылочный сигнал вводится в первом контакте (контакт 0). NCO выход сопоставлен как 'Прерывание от FPGA'. Этот сигнал становится прерыванием для управления выполнением модели на центральном процессоре.

Целевая частота

Модель создана с использованием фиксированный размер шага, соответствующий частоте дискретизации 33 МГц. Установите 'Целевую Частоту' на это значение. Это - частота, на которой 'Подсистема' синтеза частоты будет работать на FPGA.

Сгенерируйте модель FPGA

Модель, сгенерированная HDL Workflow Advisor, теперь готова быть созданной и загруженной на цель. Однако, поскольку намерение состоит в том, чтобы запустить приложение реального времени вокруг центральной частоты ФК, который уместно изменить шаг расчета сгенерированной модели к 1/ФК прежде, чем создать и загрузить. Это может быть сделано путем выполнения:

   Ts = 1/Fc;

После того, как вы установили Ts:

Это действие производит сгенерированную модель, gm_dslrtExtDIOInt_slrt.

Параметры конфигурации модели

В диалоговом окне Configuration Parameters сгенерированной модели сконфигурируйте целевой компьютер, который будет управляться прерыванием платы FPGA:

Можно теперь создать и загрузить сгенерированную модель на целевой компьютер как приложение реального времени.

Выполнение модели

Значения, используемые в этом примере, заставляют входную частоту быть сосредоточенной на уровне 16,5 кГц. Целевые осциллографы показывают сигнал коррекции и мгновенную частоту, когда частота входного сигнала увеличена с 16 кГц до 17 кГц. Приложение реального времени выполняется на частоте, которая является близко к.

%
bdclose all;