基于DSP的FPGA衛(wèi)星測(cè)控多波束系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四、DSP模塊設(shè)計(jì)

1.DSP模塊功能

系統(tǒng)使用一個(gè)C尺寸VXI標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，插槽包括0槽、DSP模塊和波束合成模塊。DSP模塊負(fù)責(zé)測(cè)向和波束合成權(quán)值的計(jì)算，波束合成模塊將原始數(shù)據(jù)和權(quán)值進(jìn)行波束合成，模塊之間的數(shù)據(jù)交換使用LBUS。控制終端(微機(jī))通過(guò)VXI總線(xiàn)給DSP模塊發(fā)送命令，DSP模塊以外部中斷2的方式響應(yīng)接收命令并實(shí)現(xiàn)控制中斷的對(duì)系統(tǒng)的控制，命令格式由內(nèi)部協(xié)議規(guī)定。

根據(jù)系統(tǒng)需求，DSP模塊要完成以下6個(gè)功能：

(1) 接收原始數(shù)據(jù)和合成結(jié)果

數(shù)據(jù)采集部分是由波束合成模塊完成的，DSP模塊定時(shí)器每500 ms接收一次原始數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，并在500 ms內(nèi)完成測(cè)向和波束合成權(quán)值的計(jì)算。數(shù)據(jù)交換按照兩個(gè)模塊制定的內(nèi)部協(xié)議來(lái)執(zhí)行。

(2)自動(dòng)跟蹤

系統(tǒng)初始或一般狀態(tài)為自動(dòng)跟蹤狀態(tài)，來(lái)波的初始方位區(qū)域已給定，DSP模塊每500 ms測(cè)向一次從而保證了系統(tǒng)能夠緊跟信號(hào)來(lái)向。

(3)多次測(cè)向

考慮到實(shí)際信號(hào)中存在的干擾和誤差，取多次測(cè)向中的平均值來(lái)作為實(shí)測(cè)方向。

(4)指定來(lái)波方向

指定來(lái)波方向后直接計(jì)算波束合成的權(quán)值，此時(shí)不利用接收的原始信號(hào)而是自己產(chǎn)生信號(hào)來(lái)進(jìn)行波束合成權(quán)值的計(jì)算。

(5)顯示通道波形或幅相差

DSP板將幅相差的數(shù)據(jù)回傳給控制終端后并在終端計(jì)算機(jī)上顯示。

(6)顯示合成結(jié)果

DSP模塊將波束合成的權(quán)值傳輸給波束合成模塊，波束合成模塊將權(quán)值和原始數(shù)據(jù)合成后回傳過(guò)來(lái)并在控制終端上顯示。

DSP模塊程序框圖如圖3所示。

2.DSP模塊結(jié)構(gòu)

接收衛(wèi)星信號(hào)的陣列天線(xiàn)為6×6的面陣，多通道接收機(jī)完成信號(hào)的采樣，再經(jīng)過(guò)數(shù)字下變頻，送到處理單元的是36個(gè)通道的I、Q兩路共72路數(shù)據(jù)。由于陣列信號(hào)的數(shù)據(jù)量大，算法也比較復(fù)雜，我們需要使用2片TS101S芯片并行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

并行系統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)包括2種方式：共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的連接方式是將所有的處理器都連到一個(gè)通道上，該通道一般是一種背板總線(xiàn)(如VXI總線(xiàn))，它既可以作為處理器間的通信媒介也可以作為處理器和共享存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)通信。這種結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸掃h(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接連接的通信端口，但是存在著總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，隨著處理器數(shù)目的增加，處理器平均的總線(xiàn)帶寬會(huì)降低，影響數(shù)據(jù)吞吐量。分布式結(jié)構(gòu)處理器之間通過(guò)鏈路口進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)傳輸，鏈路口在處理器之間提供了高寬帶的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。這種連接完全為了處理器之間的通信，但是在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)占用其他DSP芯片的內(nèi)部資源。

TigerSHARC DSP芯片硬件上可以同時(shí)支持這兩種并行體系結(jié)構(gòu)，前者通過(guò)共享外部地址數(shù)據(jù)控制總線(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)，后者通過(guò)DSP間的專(zhuān)用的鏈路口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的互連實(shí)現(xiàn)。本文所設(shè)計(jì)的DSP模塊結(jié)構(gòu)從通信網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系來(lái)看，既是共享總線(xiàn)系統(tǒng)，又是分布式系統(tǒng)，兩片DSP芯片的外部地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)直接相連，并且一起通過(guò)總線(xiàn)接口連接到VXI總線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)和其他模塊的數(shù)據(jù)通信。由于每片DSP內(nèi)部有6 Mbit的雙口RAM，因此不需要外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。DSP A和DSP B的鏈路口也直接相連，兩片DSP可以通過(guò)鏈路口交換數(shù)據(jù)。DSP模塊程序采用EPROM方式引導(dǎo)，兩片DSP共用一片548K×8bit的FLASH DSM2150作為程序存儲(chǔ)器。DSP模塊框圖如圖4所示。