基于DSP的FPGA衛(wèi)星測控多波束系統(tǒng)設(shè)計

整個DSP模塊的處理時間分為3個時間段，分別為從緩沖中讀取數(shù)據(jù)時間、測向時間和波束合成權(quán)值計算時間，其中主要的開銷是測向的時間。為了使DSP模塊具備更高的效率，必須根據(jù)該模塊的結(jié)構(gòu)和Tiger DSP芯片的性能合理分配任務(wù)。由于主要的開銷是測向算法，所以解決好測向的并行算法是尤其重要的。在MUSIC算法中，判斷出信號個數(shù)后要分別對各個信號區(qū)域進(jìn)行峰值搜索，最后鎖定信號來向，系統(tǒng)最多可測4個不同來向的信號，因此將峰值搜索的區(qū)域劃分后交給兩片DSP同時進(jìn)行搜索，可以節(jié)約大量的時間。測向和波束合成權(quán)值的計算不能同時進(jìn)行，DSP A通知 DSP B進(jìn)行波束合成后又可以返回去從緩存區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，此時DSP B計算波束合成的權(quán)值，這樣又大大提高了并行度。控制終端對DSP模塊的命令是通過外部中斷讀入，在執(zhí)行控制終端的命令時將定時器時鐘關(guān)閉。

DSP模塊的程序框架用C語言來構(gòu)建，在C中插入?yún)R編來提高運(yùn)算效率，并充分利用TigerDSP芯片雙處理器核的SIMD結(jié)構(gòu),為了更好地對整個的程序進(jìn)行優(yōu)化,使用開發(fā)軟件中的工具Linear profiling 分析各個子函數(shù)所占用的時間比例，從而優(yōu)化程序的瓶頸。并行的系統(tǒng)設(shè)計和一些優(yōu)化措施使DSP模塊的運(yùn)行時間能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計的需求。

3.DSP模塊設(shè)計的特點(diǎn)

在衛(wèi)星測控多波束系統(tǒng)DSP模塊的設(shè)計中我們考慮了多方面的因素，可以歸納為以下幾個特點(diǎn)：

首先，高性能TigerSHARC DSP并行結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)的性能，系統(tǒng)要求在500 ms內(nèi)完成最多4個來波方向的測定和波束合成，使用兩片Tiger SHARC DSP并行工作，在300 ms內(nèi)就可以完成，使得系統(tǒng)有充裕的時間去響應(yīng)控制終端的命令。

其次，性能優(yōu)越的測向和波束合成算法保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，測向的精度保證在0.5°范圍內(nèi)，信號經(jīng)過波束合成后,將噪聲信號加以抑制，信噪比有了很大的提高。并且在雙DSP處理器中并行分配任務(wù)，提高了程序運(yùn)行效率。

第三，DSP模塊和波束合成模塊之間以及和外部控制終端之間完備的通信協(xié)議保證了數(shù)據(jù)和命令能構(gòu)準(zhǔn)確的傳輸。這種通信協(xié)議是根據(jù)實(shí)際需要自定義的，并且具有一定的容錯功能，保證了各個模塊之間接口的正常運(yùn)行。

最后，系統(tǒng)控制流程設(shè)計合理，我們使用了DSP的外部中斷1、2、定時器中斷，以及兩片DSP之間通信的矢量中斷來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，為了使高速運(yùn)行的DSP能夠有效的與其他模塊、外部控制終端進(jìn)行通信，程序流程的設(shè)計經(jīng)過了仔細(xì)的推敲，為DSP的穩(wěn)定工作提供保障。

五、結(jié)束語

本文討論了衛(wèi)星測控多波束系統(tǒng)DSP模塊中算法的并行實(shí)現(xiàn)以及并行處理任務(wù)的分配，采取了一系列措施優(yōu)化DSP模塊的整體程序，并應(yīng)用了模塊化的思想，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能夠滿足系統(tǒng)的需求。