一種多路緩沖與分時(shí)存取的雷達(dá)信號(hào)傳輸方法與實(shí)現(xiàn)

于志偉,李 偉,王平安,郭琳琳

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所,南京 211153)

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一種多路緩沖與分時(shí)存取的雷達(dá)信號(hào)傳輸方法與實(shí)現(xiàn)

于志偉,李 偉,王平安,郭琳琳

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所,南京 211153)

分析了在數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)種類繁多的信號(hào)傳輸與交換過程中傳輸管理機(jī)制存在的必要性,重點(diǎn)研究了傳輸子模塊和分類子模塊聯(lián)合工作來完成操控指令在數(shù)據(jù)處理與信號(hào)處理系統(tǒng)之間的傳輸過程,提出了一種多路緩沖與分時(shí)存取方法,并完成了程序設(shè)計(jì)及工程實(shí)現(xiàn)。

相控陣?yán)走_(dá);多路緩沖;分時(shí)存取;信號(hào)傳輸

0 引 言

相控陣?yán)走_(dá)在進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)時(shí),其內(nèi)部各分系統(tǒng)之間實(shí)時(shí)進(jìn)行著種類繁多的操控信息和海量回波數(shù)據(jù)的交互。這些大容量的信息數(shù)據(jù)流若沒有統(tǒng)一的安排和管理而直接進(jìn)行傳輸,一方面會(huì)帶來嚴(yán)重的硬件資源浪費(fèi),另一方面由于數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸帶來的擁堵將大大降低分系統(tǒng)信息傳輸效率,導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)變慢。尤其在雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間,大容量的經(jīng)過處理的多通道回波信息內(nèi)容以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)波束的實(shí)時(shí)調(diào)度、對(duì)信號(hào)處理方式的實(shí)時(shí)控制等信息交錯(cuò)緊密耦合傳輸,越來越需要一個(gè)傳輸管理機(jī)制來對(duì)相控陣?yán)走_(dá)內(nèi)部信息分發(fā)進(jìn)行實(shí)時(shí)管控,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)內(nèi)部的信息在各分系統(tǒng)之間高效有序傳輸。

1 傳輸管理機(jī)制組成及工作原理

傳輸管理機(jī)制包括傳輸模塊和分類模塊。傳輸模塊負(fù)責(zé)預(yù)處理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸與接口轉(zhuǎn)換,通過光纖接收數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)送來的各種操控指令,并翻譯成與雷達(dá)其他各分系統(tǒng)相適應(yīng)的指令協(xié)議,通過與各分系統(tǒng)相適應(yīng)的硬件接口分發(fā)給各分系統(tǒng)內(nèi)部最終作出響應(yīng)的目的單元,從而有效提高各單元的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。分類模塊則對(duì)傳輸鏈路中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理,進(jìn)行組合排序,并打包給傳輸模塊,從而提高信息傳輸效率。本文研究了傳輸管理機(jī)制中的傳輸子模塊和分類子模塊相互配合來完成的一種多路緩沖分時(shí)存取的雷達(dá)信號(hào)傳輸方法與實(shí)現(xiàn)。傳輸管理模塊要實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理器PowerPC之間進(jìn)行RapidIO通信,同時(shí)也要實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行自定義光纖協(xié)議(采用Xilinx RocketIO接口,以下簡(jiǎn)稱RocketIO)通信。傳輸管理模塊內(nèi)部以及與外圍連接示意圖如圖1所示。

圖1 傳輸管理模塊內(nèi)部以及與外圍連接示意圖

2 多路緩沖與分時(shí)存取傳輸方法

分類子模塊接收到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息格式為空閑碼、起始位、標(biāo)識(shí)符、有效數(shù)據(jù)、校驗(yàn)位、停止位、空閑碼。每一包有效數(shù)據(jù)信息的空閑碼、起始位和停止位都相同。校驗(yàn)位是根據(jù)有效數(shù)據(jù)得到的。標(biāo)識(shí)符和有效數(shù)據(jù)每一包都不同。這些數(shù)據(jù)信息有如下特點(diǎn):

(1) 數(shù)據(jù)信息種類多,有近百種標(biāo)識(shí)符類型的數(shù)據(jù)信息;

(2) 各路RocketIO數(shù)據(jù)信息有可能送往同一目的單元,存在同一時(shí)刻到達(dá)的情況;

(3) 分類模塊的同一路RocketIO數(shù)據(jù)信息在不同時(shí)刻接收到多種信息命令,并需要通過其他RapidIO和RocketIO接口分發(fā)給不同的單元和模塊;

(4) 多個(gè)單元同一時(shí)刻可能向同一RapidIO地址發(fā)送信息;

(5) 每一路RocketIO數(shù)據(jù)信息到達(dá)的時(shí)間間隔不定。

鑒于以上特點(diǎn),當(dāng)分類子模塊接收到數(shù)據(jù)信息之后需要做的最為關(guān)鍵的兩點(diǎn)就是對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行緩沖和分類。在緩沖的時(shí)候有兩種方法可以選擇,一是在分類子模塊內(nèi)部進(jìn)行緩沖,二是當(dāng)分類子模塊接收到數(shù)據(jù)之后通過內(nèi)部RocketIO通路直接轉(zhuǎn)發(fā)給傳輸子模塊,通過傳輸子模塊來進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖。但是,通過研究分析和實(shí)驗(yàn)證明,采用第1種方法能夠使信號(hào)延時(shí)更少的周期,同時(shí)能夠更加合理地利用每個(gè)FPGA的硬件資源。

在分類子模塊收到的近百種數(shù)據(jù)信息中,可以根據(jù)信息的種類分類成監(jiān)測(cè)相關(guān)信息、資源調(diào)度相關(guān)信息、故檢相關(guān)信息和其他相關(guān)信息。假設(shè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與分類子模塊之間有3路RocketIO,所以可以為每一種相關(guān)信息配置3個(gè)緩沖FIFO。當(dāng)在RocketIO中檢測(cè)到某種信息的時(shí)候就把其緩沖到對(duì)應(yīng)的緩沖FIFO中。當(dāng)監(jiān)測(cè)相關(guān)信息通過RocketIO接收通路接收到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)來的信息之后,那么FIFO1、FIFO2、FIFO3就分別存放從這3路檢測(cè)到的監(jiān)測(cè)相關(guān)信息。調(diào)度相關(guān)信息、故檢相關(guān)信息可以用同樣的方法得到各3個(gè)FIFO,共9個(gè)FIFO。為了留作備用,往往多增加一個(gè)FIFO。所以,就通過這種多路緩沖的方法把近百種數(shù)據(jù)信息簡(jiǎn)單的分成了4大類,存放在了10個(gè)FIFO中。傳輸子模塊為了高效和準(zhǔn)確地讀取分類子模塊各個(gè)FIFO中的值,通過其中1路傳輸子模塊與分類子模塊之間的內(nèi)部RocketIO通路來對(duì)分類子模塊定時(shí)發(fā)送控制信息?？刂菩畔⒅邪颂崛∧骋粋€(gè)FIFO的標(biāo)識(shí)符。當(dāng)分類子模塊收到控制信息標(biāo)識(shí)符時(shí)就把相應(yīng)的FIFO數(shù)據(jù)通過特定內(nèi)部RocketIO通路轉(zhuǎn)發(fā)給傳輸子模塊。與傳輸子模塊和分類子模塊相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳輸流程如圖2所示?？刂菩畔⒌陌l(fā)送時(shí)間間隔為20 μs,讀取完全部FIFO耗時(shí)200 μs,而數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)送來的各個(gè)數(shù)據(jù)信息的最小時(shí)間間隔是在ms級(jí),所以這種分時(shí)讀取方法能夠滿足時(shí)間要求。

圖2 多路緩沖分時(shí)存取的雷達(dá)信號(hào)傳輸流程圖

3 程序設(shè)計(jì)與結(jié)果實(shí)現(xiàn)

傳輸子模塊和分類子模塊的主程序設(shè)計(jì)流程分別如圖3、4所示。

圖3 傳輸子模塊主程序設(shè)計(jì)流程圖

圖4 分類子模塊主程序設(shè)計(jì)流程圖

在實(shí)際應(yīng)用中可以通過分類子模塊接收到的數(shù)據(jù)信息來判斷是否接收到有效數(shù)據(jù),通過傳輸子模塊接收到的分類子模塊的數(shù)據(jù)信息來判斷是否緩沖分類正確,通過分類子模塊接收到的傳輸子模塊的控制信息來判斷是否傳輸子模塊給出了正確的控制字,結(jié)果如圖5所示。

圖5 分類子模塊接收到的標(biāo)識(shí)符為4F00的有效數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)包中可以看出,B57C為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)送來的有效數(shù)據(jù)的起始位,D59C為結(jié)束位,所有報(bào)文的起始位和結(jié)束位都相同。4F00為標(biāo)識(shí)符。每種報(bào)文都有自己固有的標(biāo)識(shí)符,在分類子模塊中可以根據(jù)標(biāo)識(shí)符的不同來識(shí)別不同種類功能的信息。4F00之后的為有效數(shù)據(jù)。每個(gè)標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)的種類數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)有所不同,在傳輸子模塊接收到的有效數(shù)據(jù)中開頭就是4F00標(biāo)識(shí)符,之后的為有效數(shù)據(jù)。

分類子模塊接收到的傳輸子模塊發(fā)來的控制信息結(jié)果如圖6所示。在數(shù)據(jù)包中,前面的4個(gè)16位數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)包的頭,0003對(duì)應(yīng)的為提取FIFO的標(biāo)識(shí)符。此處對(duì)應(yīng)的是提取第3個(gè)FIFO信息,在傳輸子模塊中設(shè)置計(jì)數(shù)器,對(duì)該位進(jìn)行循環(huán)賦值,間隔固定的時(shí)間對(duì)分類子模塊中的各個(gè)FIFO進(jìn)行循環(huán)讀取?？梢栽趥鬏斪幽K接收到的有效數(shù)據(jù)中根據(jù)有效數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符的不同來統(tǒng)計(jì)每種類型的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),通過和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)比來確認(rèn)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的丟失概率,同時(shí)在數(shù)據(jù)中可以加入誤碼校驗(yàn)位來統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸過程中的平均誤碼率。

圖6 分類子模塊接收到的傳輸子模塊發(fā)來的控制信息

4 結(jié)束語

相控陣?yán)走_(dá)內(nèi)部大容量信息傳輸與交互是相控陣?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文提出了一種多路緩沖分時(shí)存取的雷達(dá)信號(hào)傳輸方法。該方法基于傳輸子模塊和分類子模塊相互配合,完成了操控指令信息實(shí)時(shí)分發(fā)的傳輸過程。通過多次實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用證明,該傳輸方法時(shí)間延遲控制在200 μs之內(nèi),在規(guī)定的測(cè)試時(shí)間內(nèi)無誤碼,滿足實(shí)際使用要求。

[1] 林玲,蔣俊,倪明,等.RapidIO在多處理器系統(tǒng)互連中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程,2006,32(4).

[2] 尹亞明,李瓊,郭御風(fēng),等.新型高性能RapidIO互連技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2004,26(12).

[3] DAVID BUENO, CHRIS CONGER. RapidIO for Radar Processing in Advanced Space Systems[J]. ACM Transactions on Embedded Computing Systems SCI, 2008,7(1).

A radar signal transmission method of multiplex buffer and time division access and implementation

YU Zhi-wei, LI Wei, WANG Ping-an, GUO Lin-lin

(No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The necessity of the transmission management mechanism is analyzed in the transmission and exchange of a wide variety of signals for the digital phased array radar. The transmission between the data processing system and the signal processing system is studied emphatically, in which the transmission and classification sub-modules coordinate to complete the real-time distribution of the operation commands. A multiplex buffer and time division access method is proposed, and the program design and the engineering implementation are achieved.

phased array radar; multiplex buffer; time division access; signal transmission

2016-09-20;

2016-10-11

于志偉(1988-),男,助理工程師,碩士,研究方向:波束控制系統(tǒng);李偉(1982-),男,工程師,研究方向:雷達(dá)信號(hào)處理與FPGA硬件開發(fā);王平安(1988-),男,助理工程師,碩士,研究方向:雷達(dá)信號(hào)處理與FPGA硬件開發(fā);郭琳琳(1983-),女,工程師,研究方向:翻譯及科技情報(bào)研究。

TN911.7

A

1009-0401(2016)04-0029-03