Simulink HDL Coder FPGA初级开发实践FFT以及CORDIC算法进行信号相位校正

Posted 2023-02-03 肆拾伍

前言： 本栏目除特别说明以外，均采用的黑金AX7103开发板，该开发板时钟频率为200M，并且是双端时钟，因此在每个项目中都有一段原语将双端时钟变成200MHz的单端时钟。文章仅作为学习记录，如有不足请在评论区指出，博主不会对各位的问题作出解答，请谅解。博主深知网络上关于HDL Coder的资料十分稀少，特别是中文资料几乎没有，并且官方给出的例子大多挺难不适合入门，因此将自己摸索的过程记录下来，希望给后人一些启发。

文章目录

• • 1. 项目背景
  • 2. Simulink模型
  • 3. Vivado 仿真
  • 4. 实际效果
  • 5. 文件下载

1. 项目背景

1. 本项目是2022年全国大学生集成电路创业创新航天微电子杯的赛题，由于自己时间精力有限，所以特意尝试了一下全部用Simulink完成项目设计，最后发现结果还是很不错的，整个模型2天就搭好并通过测试仿真。相对于初赛花了2周来学习各种ip核的使用，然后手工来写Testbench，Simulink能够节省大量时间。
2. 赛题要求如下图：
   
   由于疫情影响，我是拿自己手上的AX7103板卡进行实验的，决赛才会发板子。所以没有用到射频部分，同时GTH以及DDR3都不能在Simulink里面模拟仿真。 算法原理可以简单描述为：

• AD采样信号分为两路，一路传入数据处理模块，一路传入数据储存模块（可以是RAM也可以是DDR3）。
• 数据处理模块计算两路输入AD信号的相位差，首先FFT找到频谱幅度最大值对应的索引以及实部和虚部。比较两路信号在该频点上的相位差，相位计算可以通过Atan2函数，该函数使用CORDIC硬件加速算法。得到相位差之后计算采样点偏移，即应该偏移多少个采样点才能将两路AD信号信号对齐，相位对应的其实就是时间平移量，找到这个偏移量输出给数据储存模块。
• RAM通过读取和写入的地址偏差控制AD信号的输出，将两路信号对齐。算法流程可以描述为下图：
  

当然，相位差校正还有不少其他的方法，比如相关法，滤波法等等。

2. Simulink模型

我这里解释一下为什么后面偏移量我乘了一个系数2，这里是因为给Top模块的有效信号周期为2，但是Simulink本身的时钟周期是1，也就是说，如果你查看外部的输入信号是 1 1 2 2 3 3 4 4，Top收到的信号实际是1 2 3 4，你查看信号波形就明白了。
我找不到最初的模型了，一共写了很多版的代码，这个是比较早的版本，我觉得要清晰一些。

这是仿真结果。

3. Vivado 仿真

我生成HDL 代码的时候是一个模块一个模块的生成单独测试的，不像之前的时候都是封装成一个顶层模块。也就是每次点的时候，都要选中要生成的模块。或者你们再将里面所有的模块，除了信号源意外都再封装成一个子系统。

上面的仿真是直接生成TestBench的仿真结果，可以看到是可以实现功能的。不过对应的Simulink文件可能被我删掉了，我找不到了。

4. 实际效果

5. 文件下载

我给出一份可以直接使用的模型，以及对应的Vivado工程，没有Vivado测试文件，直接可以下载到AX7103的，管脚都已经配好了。 用了AD/DA模块：

我想应该没人会上板测试，两个模块都插到拓展口上，具体位置可以看看约束文件，我忘了，大概是AD J11，DA J13. 不知道有没有加按键功能，如果没有校正效果，看看按板卡上的两个按键有没有效果。
主要是让大家下载之后看看Simulinlk模型，我有点懒，讲的不太清楚，有问题再问吧。等下次看看会不会弄一个比较详细的新工程。
链接：https://pan.baidu.com/s/1_4m0sWSaNs_5eRDs2489wA?pwd=1111
提取码：1111
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