CN107102683B - 一种基于soc的逐点任意波形发生器和产生方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于SOC的逐点任意波形发生器，该逐点任意波形发生器包括SOC、存储器和数模转换器，SOC的PS处理器充当嵌入式处理器，SOC的PL数字电路充当FPGA等数字处理芯片，不需要各种电子器件、芯片和互连线共同配合，便可产生了逐点任意波形，使得系统硬件结构简化，而且通过数据交互模块实现PS处理器与PL数字电路共享一个DDR3存储器，省去了一个DDR3存储器，进一步简化了系统硬件结构，降低了成本。相应地，本申请还公开一种基于SOC的逐点任意波形产生方法。

Description

一种基于SOC的逐点任意波形发生器和产生方法

技术领域

本申请涉及信号发生器领域，尤其涉及一种基于SOC的逐点任意波形发生器和产生方法。

背景技术

传统的任意波形发生器常采用DDS技术，以直接数字合成的方式产生任意波形和频率，但这样的任意波形发生器在输出较高频率的任意波时，存在丢失波形细节和周期间存在固有抖动的缺点。为了避免克服这些缺点，一些任意波形发生器采用逐点任意波技术，通过逐点输出任意波形，在保证不丢失波形细节的前提下，能够以可变采样率输出任意长度的低抖动波形，采样率变化范围可从微赫兹到数百兆赫兹。相对于DDS技术，采用逐点任意波技术产生的任意波形，能够提供给用户高质量的任意波。

如图1所示，现有技术中，采用逐点任意波技术的逐点任意波形发生器常主要包括嵌入式处理器、逐点任意波产生模块、fifo模块、存储器和数模转换器，嵌入式处理器包括ARM、DSP或单片机等处理器，逐点任意波产生模块和fifo模块一般由FPGA等数字处理芯片构成，嵌入式处理器和逐点任意波产生模块分别挂载一个存储器，嵌入式处理器挂载的存储器主要用于嵌入式软件的运行，逐点任意波产生模块挂载的存储器主要用于存储波形数据。用户输入所需要波形的类型、频率和初始相位后，经过嵌入式处理器对这些参数的处理，生成波形数据并将其发送给逐点任意波产生模块，逐点任意波产生模块将接收的波形数据存入存储器，然后根据嵌入式处理器传输来的波形的类型、频率和初始相位，实时接收fifo模块传来的波形数据，逐点产生波形点并将波形点数据输出至给数模转换器，再由数模转换器对波形点数据进行数模转换后输出所需要的波形。这样的逐点任意波形发生器产生的波形抖动低、采样率变化范围广，但由于借助嵌入式处理器和FPGA实现，且需要多个存储器，其硬件结构复杂，成本较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供一种基于SOC的逐点任意波形发生器，该逐点任意波形发生器硬件结构简单，成本更低，实现更容易。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种基于SOC的逐点任意波形产生方法，包括：

接收输入的波形类型、频率和初始相位信息，进行波形复制，生成相应的波形数据并将其存储于存储器中，之后，输出产生波形信号；

获取产生波形信号，根据所述波形类型、频率和初始相位信息，在所述存储器中读取相应的波形数据，逐点生成波形点，并将波形点数据逐点输出至数模转换器；

在数模转换器中对所述波形点数据进行数模转换，输出所需要的波形。

在一些实施例中，所述存储器包括DDR3存储器。

在一些实施例中，其特征在于，存储于存储器的波形数据在被读取后以DMA方式传输，每次传输，传输一张DMA表。

在一些实施例中，所述波形复制包括：

如果L＜L_{dma max}/2，波形需要复制m次，其中，

floor表示向下取整，L表示波形数据的长度，L_{dma max}表示DMA表的最大长度；

如果L＞L_{dma max}/2，则不复制波形数据。

在一些实施例中，波形数据被DMA传输时，

如果L＜L_{dma max}/2，每次传输m+1个周期的波形数据，DMA表的长度可表示为L_dma＝(m+1)*L；

如果L_{dma max}＞L＞L_{dma max}/2，每次传输1个周期的波形数据，DMA表的长度可表示为L_dma＝L；

如果L_{dma max}＜L，传输1个周期的波形数据需要n张DMA表，需传输n次，DMA表的长度可表示为L_dma＝L/n，其中，n＝ceiling(L/L_{dma max})，ceiling表示向上取整。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种基于SOC的逐点任意波形发生器，包括：PS处理器、PL数字电路、数据交互模块、存储器和数模转换器；

PS处理器用于接收输入的波形类型、频率和初始相位信息，进行波形复制，生成波形数据，并通过所述数据交互模块将其存储于所述存储器中，之后，输出产生波形信号以及起始地址和DMA表长度；

PL数字电路与所述PS处理器相连接，获取产生波形信号，根据所述起始地址和DMA表长度，通过所述数据交互模块在所述存储器中读取相应的波形数据，根据所述波形类型、频率和初始相位信息，逐点生成波形点，并将波形点数据逐点输出至数模转换器；

数据交互模块，数据交互模块一端与所述存储器相连接，另一端分别与PS处理器和PL数字电路相连接，用于控制所述存储器中波形数据的存入与读取，使得所述PS处理器和PL数字电路共享所述存储器；

存储器用于存储波形复制的程序和所述波形数据；

数模转换器对所述波形点数据进行数模转换，输出所需要的波形。

在一些实施例中，所述PL数字电路包括fifo模块和逐点任意波产生模块，逐点任意波产生模块通过获取产生波形信号，向数据交互模块输出请求读取信号，波形数据从所述存储器中读取后，先被发送至fifo模块中缓存，所述fifo模块按先入先出的方式将缓存的所述波形数据再发送给所述逐点任意波产生模块，在接收到所述波形数据后，所述逐点任意波产生模块根据所述波形类型、频率和初始相位信息，逐点生成波形点并将波形点数据逐点输出。在一些实施例中，所述PL数字电路还包括DMA模块，DMA模块连接于所述数据交互模块与fifo模块之间，用于在所述数据交互模块从所述存储器中读取波形数据后，将所述波形数据以DMA方式传输至所述fifo模块。

在一些实施例中，所述DMA模块还与所述PS处理器相连接，接收所述PS处理器配置的起始地址和DMA表长度。

根据本申请的第三方面，本申请提供一种基于SOC的逐点任意波形发生器，包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现上述本申请的第一方面中任一项所述的方法。

根据本申请的第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如本申请的第一方面中任一项所述的方法。

本申请的有益效果是：本申请提供的逐点任意波形发生器基于SOC，将PS处理器11充当嵌入式处理器，将PL数字电路12充当FPGA等数字处理芯片，不需要各种电子器件、芯片和互连线共同配合，便可产生逐点任意波形，使得系统硬件结构简化，而且通过数据交互模块实现PS处理器与PL数字电路共享一个DDR3存储器，省去了一个DDR3存储器，进一步简化了系统硬件结构，降低了成本。

附图说明

图1为现有的逐点任意波形发生器结构框图；

图2为本申请提供的一种基于SOC的逐点任意波形发生器结构框图；

图3为本申请提供的一种基于SOC的双通道任意波形发生器的逐点任意波形产生过程示意图；

图4为本申请提供的一种基于SOC的逐点任意波形产生方法程序流程图；

图5为本申请的波形复制和DMA传输过程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

SOC是System on Chip的缩写，也即片上系统，在集成电路领域，它的定义为：由多个具有特定功能的集成电路组合在一个芯片上形成的系统或产品，其中包含完整的硬件系统及其承载的嵌入式软件。跟“Chip”的定义类似，SoC更强调的是一个整体，这意味着，在SOC上，能完成一个电子系统的功能，而这个系统在以前往往需要一个或多个电路板，以及板上的各种电子器件、芯片和互连线共同配合来实现。本申请中，SOC代替了现有技术中的嵌入式处理器和FPGA等数字处理芯片，简化了逐点任意波形发生器的硬件结构，成本更低，实现更容易。

请参考图2，为本申请提供的一种基于SOC的逐点任意波形发生器结构框图，该逐点任意波形发生器包括SOC1、存储器2和数模转换器3。

SOC1外部挂载存储器2，接收输入的波形类型、频率和初始相位信息，进行波形复制，生成相应的波形数据并将其存储于存储器2中；根据波形类型、频率和初始相位信息，在存储器2中读取波形数据，逐点生成波形点，并将波形点数据逐点输出至数模转换器。

存储器2用于SOC1内部嵌入式软件的运行和存储波形数据，包括存储波形复制程序和波形数据。优选地，存储器2为DDR3存储器。

数模转换器3用于接收SOC1输出的波形点数据，并对其进行数模转换，输出所需要的波形。

进一步，SOC1包括PS处理器11、PL数字电路12和数据交互模块13。PS处理器11接收输入的波形类型、频率和初始相位信息，进行波形复制，生成波形数据，并通过数据交互模块13将波形数据存储于存储器2中，之后，输出产生波形信号以及起始地址和波形长度参数；PL数字电路12与PS处理器11相连接，获取产生波形信号，根据起始地址和波形长度参数，通过数据交互模块13在存储器2中读取相应的波形数据，逐点生成波形点，并将波形点数据逐点输出至数模转换器；数据交互模块13一端与存储器2相连接，另一端分别与PS处理器11和PL数字电路12相连接，用于控制存储器2中波形数据的存入与读取，使得PS处理器11和PL数字电路12共享存储器2。

PL数字电路12又包括：fifo模块122和逐点任意波产生模块121。fifo模块122用于缓存从存储器2中读取的波形数据，并将其按先入先出的方式送给逐点任意波产生模块121；逐点任意波产生模块121用于获取产生波形信号，输出请求读取信号，并在收到fifo模块122发来的波形数据后，逐点任意波产生模块121根据所述波形类型、频率和初始相位信息，逐点生成波形点，并将波形点数据逐点输出给数模转换器3，产生低抖动的逐点任意波。

由于逐点任意波产生模块121生成的逐点波形点的采样率可高达数百兆，这便要求数据交互模块13每秒需要发送数百兆点的数据给fifo模块122，这样的带宽很大。在一些实施例中，波形数据从存储器2中读取后，数据交互模块13与fifo模块122之间的数据传输采用DMA传输模式，因此，PL数字电路12还包括DMA模块123。

DMA模块123分别与PS处理器11、数据交互模块13、fifo模块122和逐点任意波产生模块121相连接，用于响应逐点任意波产生模块121发出的波形数据读取请求信号和接收PS处理器11配置的DMA起始地址和DMA表长度，将波形数据读取请求信号和DMA起始地址和DMA表长度发送至数据交互模块13以便读取相应波形数据；波形数据被数据交互模块13从存储器2中读取后，DMA模块123以DMA方式将波形数据传输至fifo模块122中缓存。其中，DMA每传输一次，需要一张DMA表。

需要指出的是，由于采用DMA方式传输波形数据，数据交互模块13发送的数据是一段一段的，每段数据间会存在时间空隙，在时间空隙中没有波形数据被传输，而逐点任意波是实时产生的，为了保证逐点任意波产生模块121能实时接收到波形数据并生产连续的逐点任意波，这便是本申请采用fifo模块122来缓存波形数据的原因。

参考图3为本申请提供的一种基于SOC的逐点任意波形发生器的逐点任意波形产生过程为：

(1)PS处理器11接收输入的波形类型、频率和初始相位信息，通过波形复制，将生成的波形数据存储于存储器2中；

(2)PS处理器11向逐点任意波产生模块121输出产生波形信号和向DMA模块123配置起始地址和DMA表长度，在获取产生波形信号后，逐点任意波产生模块121向DMA模块123发送请求读取信号；

(3)接收到请求读取信号后，DMA模块123将请求读取信号、起始地址和DMA表长度发送给数据交互模块13，数据交互模块13根据起始地址和波形长度在存储器2中读取相应的波形数据；波形数据被读取后，数据交互模块13将波形数据通过DMA模块123发送至fifo模块122中缓存；

(4)逐点任意波产生模块实时接收fifo模块122发来的波形数据，逐点生成波形点并将波形点数据逐点输出至数模转换器3；

(5)数模转换器3对波形点数据进行数模转换后输出所需要的逐点任意波。

由此可见，与现有技术对比，本申请不需要各种电子器件、芯片和互连线共同配合，仅需要SOC1就能产生逐点任意波形，其中，PS处理器11充当了嵌入式处理器，PL数字电路12充当了FPGA等数字处理芯片，系统硬件结构简化，而且通过PS处理器与PL数字电路共享一个DDR3存储器，省去了一个DDR3存储器，进一步简化了系统硬件结构，降低了成本。

相应地，参考图4，本申请还提出了一种基于SOC的逐点任意波形产生方法，包括：

步骤100，在接收输入的波形类型、频率和初始相位信息，通过波形复制，生成相应的波形数据并将其存储于存储器2中，输出产生波形信号；其中，存储器2为DDR3存储器，存储于存储器2的波形数据在被读取后以DMA方式传输；

步骤200，获取产生波形信号，根据波形类型、频率和初始相位信息，在存储器2中读取相应的波形数据，逐点生成波形点，并将波形点数据逐点输出至数模转换器；

具体地，被读取的波形数据后DMA方式传输，被发送至fifo模块122中缓存，之后，按先入先出的方式将波形数据发送给逐点任意波产生模块121，逐点任意波产生模块121再根据波形类型、频率和初始相位信息逐点生成相应的波形点，并将波形点数据逐点输出至数模转换器；

步骤300，在数模转换器中对所述波形点数据进行数模转换，输出所需要的波形。

如图5所示，为本申请的波形复制和DMA传输过程示意图。

在步骤100中，根据DDR3存储器的特性，波形数据需要较长才能保持高的读取效率，如果波形长度较短，需要复制波形，使其波形达到一定长度来提高读取效率。也就是说，若波形长度较短，需要将波形复制到足够的长度后再存入存储器2中。而且由于存储于存储器2的波形数据在被读取后以DMA方式传输，传输时波形数据为一段一段，也要求将波形复制到足够的长度，其中，波形数据被以DMA方式传输时，每次传输一张DMA表。

假设L表示波形数据的长度，L_dma表示DMA表的长度，L_{dma max}表示DMA表的最大长度，则，

参考图(5-a)，当L＜L_{dma max}/2，波形需要复制m次，其中，

floor表示向下取整；比如，L_{dma max}＝10，L＝3，则m＝2，即需要将波形复制2遍后组成新的波形再存入存储器2中；DMA传输时，每次传输m+1个周期的波形数据，DMA表的长度L_dma＝(m+1)*L；假如L_{dma max}＝10，L＝3，则每次传输，将传输了3个周期的波形数据，L_dma＝9；

参考图(5-b)，当L_{dma max}＞L＞L_{dma max}/2，不复制波形数据；DMA传输时，每次传输1个周期的波形数据需要传输1次，共1段DMA表，DMA表的长度L_dma＝L。

参考图(5-c)，当L_{dma max}＜L，也不复制波形数据；但DMA传输时，传输1个周期的波形数据需要传输n次，共n段DMA表。每段DMA表的长度L_dma＝L/n，其中，n＝ceiling(L/L_{dma max})，ceiling表示向上取整。比如，L_{dma max}＝10，L＝21，则n＝3，L_dma＝7，1个周期的波形需要传输DMA传输3次。设定第一次起始地址为Addr，则，第二次起始地址为Addr+L_dma，第三次起始地址为Addr+2*L_dma，每次传输的段长为L_dma＝7。如此一来，可使得fifo模块122接收的波形数据段与段之间的时间间隙最小化。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘等。例如，将程序存储在设备的存储器中，当需要采用逐点任意波技术产生任意波形时，通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述步骤。尤其是在本发明实际实施过程中，上述步骤中的全部或部分可编写成独立的程序，该程序可存储在服务器、磁盘、光盘、闪存盘上，通过下载保存到本地设备的存储器中，或通过下载对本地设备的系统进行版本更新，通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述步骤中的全部或部分功能。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种基于SOC的逐点任意波形产生方法，其特征在于，应用于基于SOC的逐点任意波形发生器，所述逐点任意波形发生器包括SOC、存储器和数模转换器，所述SOC包括PS处理器、数据交互模块和与PS处理器连接的PL数字电路，所述数据交互模块一端与所述存储器相连接，另一端分别与PS处理器和PL数字电路相连接；所述方法包括：

接收输入的波形类型、频率和初始相位信息，进行波形复制，生成相应的波形数据并将其存储于存储器中，之后，输出产生波形信号；

获取产生波形信号，根据所述波形类型、频率和初始相位信息，在所述存储器中读取相应的波形数据，逐点生成波形点，并将波形点数据逐点输出至数模转换器；

在数模转换器中对所述波形点数据进行数模转换，输出所需要的波形。

2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述存储器包括DDR3存储器，存储于存储器的波形数据在被读取后以DMA方式传输，每次传输，传输一张DMA表。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述波形复制包括：

如果L＜L_dmamax/2，波形需要复制m次，其中，

floor表示向下取整，L表示波形数据的长度，L_dmamax表示DMA表的最大长度；

如果L＞L_dmamax/2，则不复制波形数据。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，波形数据被DMA传输时，

如果L＜L_dmamax/2，每次传输m+1个周期的波形数据，DMA表的长度可表示为L_dma＝(m+1)*L；

如果L_dmamax＞L＞L_dmamax/2，每次传输1个周期的波形数据，DMA表的长度可表示为L_dma＝L；

如果L_dmamax＜L，传输1个周期的波形数据需要n张DMA表，需传输n次，DMA表的长度可表示为L_dma＝L/n，其中，n＝ceiling(L/L_dmamax)，ceiling表示向上取整。

5.一种基于SOC的逐点任意波形发生器，其特征在于，包括SOC、存储器和数模转换器，所述SOC包括PS处理器、PL数字电路和数据交互模块；

PS处理器用于接收输入的波形类型、频率和初始相位信息，进行波形复制，生成波形数据，并通过所述数据交互模块将其存储于所述存储器中，之后，输出产生波形信号以及起始地址和DMA表长度；

PL数字电路与所述PS处理器相连接，获取产生波形信号，根据所述起始地址和DMA表长度，通过所述数据交互模块在所述存储器中读取相应的波形数据，根据所述波形类型、频率和初始相位信息，逐点生成波形点，并将波形点数据逐点输出至数模转换器；

数据交互模块，数据交互模块一端与所述存储器相连接，另一端分别与PS处理器和PL数字电路相连接，用于控制所述存储器中波形数据的存入与读取，使得所述PS处理器和PL数字电路共享所述存储器；

存储器用于存储波形复制的程序和所述波形数据；

数模转换器对所述波形点数据进行数模转换，输出所需要的波形。

6.如权利要求5所述的逐点任意波形发生器，其特征在于，所述PL数字电路包括fifo模块和逐点任意波产生模块，逐点任意波产生模块通过获取产生波形信号，向数据交互模块输出请求读取信号，波形数据从所述存储器中读取后，先被发送至fifo模块中缓存，所述fifo模块按先入先出的方式将缓存的所述波形数据再发送给所述逐点任意波产生模块，在接收到所述波形数据后，所述逐点任意波产生模块根据所述波形类型、频率和初始相位信息，逐点生成波形点并将波形点数据逐点输出。

7.如权利要求6所述的逐点任意波形发生器，其特征在于，所述PL数字电路还包括DMA模块，DMA模块连接于所述数据交互模块与fifo模块之间，用于在所述数据交互模块从所述存储器中读取波形数据后，将所述波形数据以DMA方式传输至所述fifo模块。

8.如权利要求7所述的逐点任意波形发生器，其特征在于，所述DMA模块还与所述PS处理器相连接，用于接收所述PS处理器配置的起始地址和波DMA表长度。

9.一种基于SOC的逐点任意波形发生器，其特征在于包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。

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