基于ZYNQ的多波束信号采集与处理板设计与实现
摘要
多波束声呐是一种高精度探测设备，由干端和湿端两部分组成。其中，图像声呐
的干端包括声呐接口单元和显控软件，湿端则由发射机和接收机分置的系统构成。多
波束声呐接收系统则包括模拟信号采集模块、数字信号处理模块、数据传输控制模块
和上位机显控软件。其中，数据传输控制模块是整个声呐接收系统的重要组成部分，
必须提供充足的传输带宽和稳定的控制时序，才能满足远距离、高分辨探测等场合的
需求。
本文介绍了一种基于XilinxZYNQ7100处理器的多波束声呐数据传输控制模块与
硬件处理平台的设计和开发。研究内容包括：
首先，确定设计指标、根据设计指标完成数字信号处理模块、数据传输控制模块
的数字底板原理图设计、接收舱电源模块的设计与PCB绘制与调试。
其次，通过VerilogHDL语言进行逻辑开发，实现了LVDS与SRIO的跨时钟域数
据接收，并通过FDMA总线写入到ARM端的DDR中；通过EMC总线与ARM进行命
令和工作参数交互，并根据ARM转发的工作参数与控制命令产生系统工作需要的同步
周期与复位；通过使用RS485通信协议与甲板单元实时通信，完成了命令、时间、PPS
及辅助设备信息的接收与解析；通过命令和工作参数生成TVG增益码。
最后，基于ZYNQSoC处理器提供的ContexA9双核心ARM处理器，使用
VIVADO自带的SDK开发应用程序，实现与显控软件数据通信、和FPGA进行数据通
信，主要技术涉及多线程编程、socket网络编程等。
本文的研究内容成功地完成了多波束声呐系统的设计与调试，实现了数字信号处
理与数据传输的硬件平台需求。实验室系统联调与测试，各项功能工作正常，验证了
系统工作稳定性。
关键词：多波束声呐系统；信号采集处理平台;ZYNQ处理器；FPGA；ARM
基于ZYNQ的多波束信号采集与处理板设计与实现
ABSTRACT
Multibeamsonarisahigh-precisiondetectiondeviceconsistingoftwoparts:thedryend
andthewetend.Amongthem,thedryendoftheimagesonarincludesasonarinterfaceunit
anddisplayandcontrolsoftware,whilethewetendiscomposedofasystemthatseparatesthe
transmitterandreceiver.Themultibeamsonarreceivingsystemincludesananalogsignal
acquisitionmodule,adigitalsignalprocessingmodule,adatatransmissioncontrolmodule,and
anuppercomputerdisplayandcontrolsoftware.Amongthem,thedatatransmissioncontrol
moduleisanimportantcomponentoftheentiresonarreceivingsystem,anditmustprovide
sufficienttransmissionbandwidthandstablecontroltimingtomeettheneedsoflong-distance,
high-resolutiondetectionandotheroccasions.
Thisarticleintroducesthedesignanddevelopmentofamultibeamsonardatatransmission
controlmoduleandhardwareprocessingplatf