一种多路缓冲与分时存取的雷达信号传输方法与实现

于志伟,李 伟,王平安,郭琳琳

(中国船舶重工集团公司第七二四研究所,南京 211153)



一种多路缓冲与分时存取的雷达信号传输方法与实现

于志伟,李 伟,王平安,郭琳琳

(中国船舶重工集团公司第七二四研究所,南京 211153)

分析了在数字相控阵雷达种类繁多的信号传输与交换过程中传输管理机制存在的必要性,重点研究了传输子模块和分类子模块联合工作来完成操控指令在数据处理与信号处理系统之间的传输过程,提出了一种多路缓冲与分时存取方法,并完成了程序设计及工程实现。

相控阵雷达;多路缓冲;分时存取;信号传输

0 引 言

相控阵雷达在进行目标探测时,其内部各分系统之间实时进行着种类繁多的操控信息和海量回波数据的交互。这些大容量的信息数据流若没有统一的安排和管理而直接进行传输,一方面会带来严重的硬件资源浪费,另一方面由于数据突发传输带来的拥堵将大大降低分系统信息传输效率,导致系统响应变慢。尤其在雷达信号预处理系统与数据处理系统之间,大容量的经过处理的多通道回波信息内容以及数据处理系统对波束的实时调度、对信号处理方式的实时控制等信息交错紧密耦合传输,越来越需要一个传输管理机制来对相控阵雷达内部信息分发进行实时管控,从而实现数字相控阵雷达内部的信息在各分系统之间高效有序传输。

1 传输管理机制组成及工作原理

传输管理机制包括传输模块和分类模块。传输模块负责预处理系统与数据处理系统之间的信号传输与接口转换,通过光纤接收数据处理系统送来的各种操控指令,并翻译成与雷达其他各分系统相适应的指令协议,通过与各分系统相适应的硬件接口分发给各分系统内部最终作出响应的目的单元,从而有效提高各单元的实时响应能力。分类模块则对传输链路中的信息数据进行分类管理,进行组合排序,并打包给传输模块,从而提高信息传输效率。本文研究了传输管理机制中的传输子模块和分类子模块相互配合来完成的一种多路缓冲分时存取的雷达信号传输方法与实现。传输管理模块要实现与数据处理器PowerPC之间进行RapidIO通信,同时也要实现与数据处理系统进行自定义光纤协议(采用Xilinx RocketIO接口,以下简称RocketIO)通信。传输管理模块内部以及与外围连接示意图如图1所示。

图1 传输管理模块内部以及与外围连接示意图

2 多路缓冲与分时存取传输方法

分类子模块接收到数据处理系统的数据信息格式为空闲码、起始位、标识符、有效数据、校验位、停止位、空闲码。每一包有效数据信息的空闲码、起始位和停止位都相同。校验位是根据有效数据得到的。标识符和有效数据每一包都不同。这些数据信息有如下特点:

(1) 数据信息种类多,有近百种标识符类型的数据信息;

(2) 各路RocketIO数据信息有可能送往同一目的单元,存在同一时刻到达的情况;

(3) 分类模块的同一路RocketIO数据信息在不同时刻接收到多种信息命令,并需要通过其他RapidIO和RocketIO接口分发给不同的单元和模块;

(4) 多个单元同一时刻可能向同一RapidIO地址发送信息;

(5) 每一路RocketIO数据信息到达的时间间隔不定。

鉴于以上特点,当分类子模块接收到数据信息之后需要做的最为关键的两点就是对这些数据信息进行缓冲和分类。在缓冲的时候有两种方法可以选择,一是在分类子模块内部进行缓冲,二是当分类子模块接收到数据之后通过内部RocketIO通路直接转发给传输子模块,通过传输子模块来进行数据缓冲。但是,通过研究分析和实验证明,采用第1种方法能够使信号延时更少的周期,同时能够更加合理地利用每个FPGA的硬件资源。

在分类子模块收到的近百种数据信息中,可以根据信息的种类分类成监测相关信息、资源调度相关信息、故检相关信息和其他相关信息。假设数据处理系统与分类子模块之间有3路RocketIO,所以可以为每一种相关信息配置3个缓冲FIFO。当在RocketIO中检测到某种信息的时候就把其缓冲到对应的缓冲FIFO中。当监测相关信息通过RocketIO接收通路接收到数据处理系统发来的信息之后,那么FIFO1、FIFO2、FIFO3就分别存放从这3路检测到的监测相关信息。调度相关信息、故检相关信息可以用同样的方法得到各3个FIFO,共9个FIFO。为了留作备用,往往多增加一个FIFO。所以,就通过这种多路缓冲的方法把近百种数据信息简单的分成了4大类,存放在了10个FIFO中。传输子模块为了高效和准确地读取分类子模块各个FIFO中的值,通过其中1路传输子模块与分类子模块之间的内部RocketIO通路来对分类子模块定时发送控制信息。控制信息中包含了提取某一个FIFO的标识符。当分类子模块收到控制信息标识符时就把相应的FIFO数据通过特定内部RocketIO通路转发给传输子模块。与传输子模块和分类子模块相关的数据信息传输流程如图2所示。控制信息的发送时间间隔为20 μs,读取完全部FIFO耗时200 μs,而数据处理系统发送来的各个数据信息的最小时间间隔是在ms级,所以这种分时读取方法能够满足时间要求。

图2 多路缓冲分时存取的雷达信号传输流程图

3 程序设计与结果实现

传输子模块和分类子模块的主程序设计流程分别如图3、4所示。

图3 传输子模块主程序设计流程图

图4 分类子模块主程序设计流程图

在实际应用中可以通过分类子模块接收到的数据信息来判断是否接收到有效数据,通过传输子模块接收到的分类子模块的数据信息来判断是否缓冲分类正确,通过分类子模块接收到的传输子模块的控制信息来判断是否传输子模块给出了正确的控制字,结果如图5所示。

图5 分类子模块接收到的标识符为4F00的有效数据

在数据包中可以看出,B57C为数据处理系统发送来的有效数据的起始位,D59C为结束位,所有报文的起始位和结束位都相同。4F00为标识符。每种报文都有自己固有的标识符,在分类子模块中可以根据标识符的不同来识别不同种类功能的信息。4F00之后的为有效数据。每个标识符对应的种类数据的有效数据有所不同,在传输子模块接收到的有效数据中开头就是4F00标识符,之后的为有效数据。

分类子模块接收到的传输子模块发来的控制信息结果如图6所示。在数据包中,前面的4个16位数据为数据包的头,0003对应的为提取FIFO的标识符。此处对应的是提取第3个FIFO信息,在传输子模块中设置计数器,对该位进行循环赋值,间隔固定的时间对分类子模块中的各个FIFO进行循环读取。可以在传输子模块接收到的有效数据中根据有效数据标识符的不同来统计每种类型的数据个数,通过和数据处理系统对比来确认数据在传输过程中的丢失概率,同时在数据中可以加入误码校验位来统计数据传输过程中的平均误码率。

图6 分类子模块接收到的传输子模块发来的控制信息

4 结束语

相控阵雷达内部大容量信息传输与交互是相控阵雷达设计的一项重要内容。本文提出了一种多路缓冲分时存取的雷达信号传输方法。该方法基于传输子模块和分类子模块相互配合,完成了操控指令信息实时分发的传输过程。通过多次实验和实际应用证明,该传输方法时间延迟控制在200 μs之内,在规定的测试时间内无误码,满足实际使用要求。

[1] 林玲,蒋俊,倪明,等.RapidIO在多处理器系统互连中的应用[J].计算机工程,2006,32(4).

[2] 尹亚明,李琼,郭御风,等.新型高性能RapidIO互连技术研究[J].计算机工程与科学,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

于志伟(1988-),男,助理工程师,硕士,研究方向:波束控制系统;李伟(1982-),男,工程师,研究方向:雷达信号处理与FPGA硬件开发;王平安(1988-),男,助理工程师,硕士,研究方向:雷达信号处理与FPGA硬件开发;郭琳琳(1983-),女,工程师,研究方向:翻译及科技情报研究。

TN911.7

A

1009-0401(2016)04-0029-03