随着航空工业的发展,新一代航空电子系统正向高度综合化、数字化的方向发展,机载设备的设计也面临更大挑战。目前,多功能、小型化、低功耗、实时性好、通用性强成为新型机载通信设备研发的重点。嵌入式系统是一种以应用为中心,软、硬件可裁剪、时效性高,满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的系统。因此嵌入式系统设计方法在机载通信设备的应用成为必然趋势。在单芯片上实现嵌入式系统称为嵌入式片上系统,即SoC(System on a Chip).使用SoC技术,可以极大的改善功耗开销;减少印制板上的部件数量和管脚数,不仅可以减小硬件体积,也在一定程度上降低了系统开发成本。FPGA是一种在单个芯片上集成了大量逻辑资源的高度集成器件,随着工艺的进步,芯片密度越来越大,功耗显著降低,集成的可编程逻辑资源越来越多,甚至还集成了包括存储器、DSP模块、时钟电路、可配置为多种接口标准的I/O管脚,以及各种硬核资源等。FPGA与SoC结合,实现可编程SoC,即SOPC,不仅能在同一个芯片上实现整个系统功能,而且这种特殊嵌入式系统,可使用软/硬件协同设计方法,编程实现硬件功能,达到硬件软件化的效果,提高设计的灵活性。本论文首先根据系统总体提出的任务需求,结合FPGA和SOPC的技术特点,提出基于FPGA的嵌入式机载设备的设计方案。设计人员采用自顶向下的设计方法,对整个系统进行系统设计和功能划分,在单片FPGA上编程实现系统的核心电路。方案中选用XILINX公司Virtex-5系列FPGA芯片作为实现系统任务功能的软硬件开发核心,构建最小片上系统。使用FPGA内嵌的PowerPC硬核处理器,搭载实时性强、可靠性高的VxWorks嵌入式实时操作系统,完成实时多任务的大数据处理。开发环境选用XILINX公司提供的EDK开发套件进行软硬件协同开发,采用VHDL硬件描述语言和C++进行编程。同时给出外围硬件电路,包括电源电路,时钟电路,复位电路,外部存储电路以及接口转换等系统电路和底层驱动程序的设计。最后,通过仿真和测试验证设计的正确性,并通过实验和系统联试进一步验证设备的稳定性。本论文开展的主要工作如下:1.分析课题的选题背景和意义,阐述了嵌入式设计相关理论及应用情况;2.分析了任务的具体需求,提出基于FPGA的嵌入式设计方案,并初步论证方案的可实现性;3.构建以FPGA为核心的SOPC系统,并重点阐述基于FPGA的嵌入式硬件的可编程设计,体现运用嵌入式开发工具EDK,简化硬件设计工作,以及少量的外围电路设计和实现,印制板电路实现。同时与硬件工作协同开展的嵌入式软件设计,通过VxWoks操作系统、应用程序的编码实现高速数据的实时收发处理;4.构建仿真平台进行仿真和调试,搭建测试环境进行对设备功能进行测试验证;5.通过测试,对比指标要求,得出结论。