一種基于OMAP架構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸處理方法

李國(guó)梁

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈（Tactical Data Link）在北約稱為數(shù)據(jù)鏈（Link），在美國(guó)稱為戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈 TADIL（Tactical Data Information Link），是由各作戰(zhàn)平臺(tái)和連接各作戰(zhàn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)鏈構(gòu)成的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)[1]，保證各作戰(zhàn)平臺(tái)之間快捷交互戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息，實(shí)時(shí)獲取戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，提高各軍兵種的協(xié)同作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈作為現(xiàn)代軍事電子信息系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，并已經(jīng)成為信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要標(biāo)志之一。北約及美國(guó)的典型戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈包括Link4A、Link11和Link16等[2]。

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈一般采用時(shí)分多址（Time Division Multiple Access ,TDMA）接入方式[2]。TDMA技術(shù)具有良好的抗截獲和抗干擾能力，組網(wǎng)靈活，網(wǎng)內(nèi)可同時(shí)容納成員上百個(gè)，滿足了作戰(zhàn)需要。TDMA作為一種有效的多址方式，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于多種戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中，如美軍的增強(qiáng)位置報(bào)告系統(tǒng)（EPLRS, Enhanced Position Location and Reporting System），聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS, Joined Tactical Information Data System）。

20世紀(jì)70年代美軍開(kāi)發(fā)研制Link16數(shù)據(jù)鏈，80年代開(kāi)始裝備部隊(duì)，由于Link16數(shù)據(jù)鏈具有保密、抗干擾、無(wú)中心的特點(diǎn)，現(xiàn)已成為美軍最主要的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈[3]。因?yàn)長(zhǎng)ink16數(shù)據(jù)鏈報(bào)文格式的不同，所以其信息數(shù)據(jù)率可達(dá)到：28.8kbps～238kbps，其端機(jī)采用“DSP+FPGA”結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理能力有限，僅可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)格式化報(bào)文交互，如定位，敵我識(shí)別等，但是格式化報(bào)文無(wú)法直觀有效的反映當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)變化，同時(shí)，Link16數(shù)據(jù)鏈也無(wú)法進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)（如：視頻數(shù)據(jù)）的傳輸。

1 視頻通信應(yīng)用

從戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈從單一報(bào)文、低速率、小容量向多類型報(bào)文、高速率、大容量的方向發(fā)展。視頻通信作為大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡湫蛻?yīng)用，它具有實(shí)時(shí)性、直觀性以及信息多元性等特點(diǎn)，并且視頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了通信分布性與多媒體的融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了視頻信息、數(shù)據(jù)圖像等相應(yīng)信號(hào)的快速處理和交互傳輸?shù)萚4]。視頻通信現(xiàn)已廣泛用于偵察、探測(cè)、指揮等軍事領(lǐng)域。

視頻通信可以使得作戰(zhàn)指揮員之間能夠?qū)崟r(shí)直觀的進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)信息交互。通過(guò)運(yùn)用可視化調(diào)度、視頻監(jiān)控等手段，極大地提升了多軍兵種的協(xié)同作戰(zhàn)能力，并有效提升了軍事作戰(zhàn)的實(shí)效性[5]。同時(shí)，通過(guò)視頻監(jiān)控可以直觀地了解當(dāng)前的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，并及時(shí)提供遠(yuǎn)程支援。由此可見(jiàn)，視頻通信技術(shù)對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)而言是至關(guān)重要的技術(shù)支撐。

2 OMAP架構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸處理

針對(duì)Link16數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)率較低的不足，本文通過(guò)改進(jìn)通信結(jié)構(gòu)，提高通信容量來(lái)滿足視頻數(shù)據(jù)傳輸處理。本系統(tǒng)采用TI公司的OMAP3530芯片，這是 TI推出的低功耗、高集成度、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大及外設(shè)資源豐富的雙核處理器，其片內(nèi)由一個(gè)ARM 核和 DSP核組成，其中，ARM 核為CortexTM-A8，主頻為720MHz，主要功能是完成數(shù)據(jù)編解碼以及視頻數(shù)據(jù)的拆包、標(biāo)記、打包的功能，DSP核為T(mén)MS320C64+，主頻為520MHz，主要功能是完成數(shù)據(jù)的分類處理與數(shù)據(jù)交互的功能。其中，ARM CortexTM-A8內(nèi)核的處理性能是ARM9架構(gòu)處理器的四倍之多，DSP內(nèi)核的處理運(yùn)算能力與早期TI單核DSP相比，性能大幅提升。TMS320C64+與早期TI單核DSP性能比較如表1所示。

表1 TMS320C64+與早期TI單核DSP性能比較

OMAP3530采用雙核處理技術(shù)，綜合了ARM處理器的控制能力和DSP處理器的運(yùn)算能力，兩者協(xié)同分工合作，使得其擁有更強(qiáng)大的性能，可完成單一DSP無(wú)法完成的復(fù)雜度高的服務(wù)（如視頻數(shù)據(jù)處理），并對(duì)視頻數(shù)據(jù)處理的工作效率進(jìn)行了極大程度的優(yōu)化。OMAP3530具有集成度高、速度快、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、硬件可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。OMAP3530硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 OMAP3530硬件結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)采用“OMAP+FPGA”結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)處理能力可達(dá)2Mbps，可以滿足大容量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與傳輸，如視頻數(shù)據(jù)，通過(guò)視頻數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)、直觀的了解當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)變化。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的大容量數(shù)據(jù)傳輸處理方法，既可以滿足簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的交互處理，又可以滿足大容量數(shù)據(jù)的傳輸處理。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括天線、電源單元、功放及射頻前端、收發(fā)信道、信號(hào)與信息處理器、接口處理器，計(jì)算機(jī)。其中

（1）電源模塊主要功能是為各功能模塊提供工作用電；

（2）功放與射頻前端主要功能是射頻信號(hào)的發(fā)射與接收，發(fā)射功率控制以及射頻前端的狀態(tài)檢測(cè)與控制；

（3）收發(fā)信道主要功能是完成射頻信號(hào)到模擬中頻信號(hào)的下變頻以及模擬中頻信號(hào)到射頻信號(hào)的上變頻；

（4）信號(hào)與信息處理器主要功能是中頻信號(hào)的A/D采樣、D/A變換、調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)編解碼以及視頻數(shù)據(jù)的拆分、標(biāo)記、打包等功能；

（5）接口處理器主要功能是完成信號(hào)與信息處理器模塊和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互；

（6）計(jì)算機(jī)的主要功能是模擬產(chǎn)生視頻數(shù)據(jù)或控制信息數(shù)據(jù)，并顯示接收到的視頻數(shù)據(jù)或接收到的控制信息。

控制信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量小，不需要拆分處理，按照簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的交互流程進(jìn)行處理。

視頻數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)量較大，無(wú)法一次性發(fā)送完畢，所以需要將視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分、標(biāo)記、打包處理。

本文將數(shù)據(jù)處理流程分為數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程與數(shù)據(jù)接收處理流程兩部分。

2.2 數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程

數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程如下：

（1）計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)或控制信息數(shù)據(jù)由接口處理器接收；

（2）接口處理器將數(shù)據(jù)發(fā)送至OMAP芯片的ARM核中，ARM核解碼得到模擬數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)類型；

（3）ARM 核接收到的是視頻數(shù)據(jù)，ARM 核將每幀數(shù)據(jù)按順序進(jìn)行編號(hào)，并將編號(hào)寫(xiě)入每幀數(shù)據(jù)的幀頭中；

（4）ARM核將1幀數(shù)據(jù)再劃分為N個(gè)數(shù)據(jù)包，其中，每包數(shù)據(jù)包含 512bits，最后一包如果不足512bits，則補(bǔ)零處理；

（5）ARM核將N個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，并發(fā)送至DSP核中，DSP核按照協(xié)議將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，將打包后的數(shù)據(jù)發(fā)送至FPGA作相關(guān)處理；

（6）FPGA處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)收發(fā)信道、功放及射頻前端，以射頻的形式發(fā)送出去。

另外，ARM核接收到的是控制信息數(shù)據(jù)，ARM核直接將數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP核，DSP核將數(shù)據(jù)按協(xié)議進(jìn)行打包后發(fā)送至FPGA，最終轉(zhuǎn)化為射頻信號(hào)，通過(guò)天線發(fā)送出去。

數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程

2.3 數(shù)據(jù)接收處理流程

視頻數(shù)據(jù)接收處理流程如下：

（1）通過(guò)天線接收射頻信號(hào)，然后由收發(fā)信道將接收的射頻信號(hào)下變頻至中頻信號(hào)，并發(fā)送至FPGA；

（2）FPGA將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐?shù)據(jù)，并將基帶數(shù)據(jù)發(fā)送至OMAP芯片的DSP核；

（3）DSP核將數(shù)據(jù)按照協(xié)議進(jìn)行解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送至ARM核；

（4）ARM核由解碼后數(shù)據(jù)得到數(shù)據(jù)類型，接收視頻數(shù)據(jù)時(shí)，先將接收的數(shù)據(jù)保存在緩存區(qū)中；

（5）ARM核每收到一包數(shù)據(jù)，將計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完畢，計(jì)數(shù)器會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況：

a．如果計(jì)數(shù)器為N，說(shuō)明收到的這一幀數(shù)據(jù)是完整的，并將計(jì)數(shù)器清零，然后將數(shù)據(jù)按照編號(hào)組成一幀數(shù)據(jù)；

圖4 數(shù)據(jù)接收處理流程

b．如果計(jì)數(shù)器不為N并且ARM核收到了下一幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包，則說(shuō)明收到的這一幀數(shù)據(jù)不完整，無(wú)法還原為正常的視頻數(shù)據(jù)，將計(jì)數(shù)器清零，繼續(xù)等待處理下一幀數(shù)據(jù)；

（6）ARM核將完整的一幀數(shù)據(jù)經(jīng)接口處理器傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。

另外，ARM 核接收控制信息數(shù)據(jù)時(shí)，提取出其中的有效數(shù)據(jù)，并經(jīng)接口處理器傳遞給計(jì)算機(jī)顯示。

數(shù)據(jù)接收處理流程如圖4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)OMAP芯片中的DSP核進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)的交互的同時(shí)，利用OMAP芯片中的ARM核，進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的拆包、標(biāo)記、打包的處理，將大容量的視頻數(shù)據(jù)拆分為若干數(shù)據(jù)包，然后由DSP核進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與交互，這樣就在簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)交互的基礎(chǔ)上，完成了視頻數(shù)據(jù)的交互，有助于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

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