高速數(shù)字記錄系統(tǒng)中光纖下載卡的邏輯設計

數(shù)據(jù)記錄及下載系統(tǒng)
如圖1所示，雷達信號預處理機將采樣到的信號進行一系列處理工作，最后形成一路或多路的光纖數(shù)據(jù)，送交外面的兩個分支。一個分支是送交雷達信號處理機，進行真正的雷達信號實時分析處理。這個分支我們不關心。另一個分支是通過RocketIO傳送至一塊或多塊數(shù)據(jù)記錄板。

圖1 數(shù)據(jù)記錄及下載系統(tǒng)框圖

數(shù)據(jù)記錄在現(xiàn)場進行，存儲到記錄設備后，有兩個用途，一是回放，即回放到雷達信號處理機中，復現(xiàn)進入時的情景；另一種是下載，即下載到本地微機上，對數(shù)據(jù)進行檢查和處理。下載過程一般在實驗室進行，下載方式有兩種，一種是網絡下載，另一種是光纖下載。

網絡下載的缺點是速度慢，受網絡帶寬和芯片處理能力的限制，其傳輸速率一般為30～60Mb/s。優(yōu)點是不需要額外的設備，只要設備支持網絡通信即可。本地微機作為主控機，控制下載并存放下載的數(shù)據(jù)。

光纖下載是將記錄設備的光口和專用的光纖下載卡互連，數(shù)據(jù)傳輸至光纖下載卡后，然后通過PCI總線轉存至主機硬盤上。光纖下載的優(yōu)點是下載速度快，采用Xilinx FPGA提供的高速串行鏈路IP核RocketIO，其下載速度可以達到2.5Gb/s，去掉開銷也能達到2Gb/s，即250Mb/s，比網絡下載提高了近一個數(shù)量級。缺點是普通微機沒有光口，需要額外的光纖下載設備，插入本地微機，和記錄設備對接，完成光纖下載。如圖1中的粗黑的光纖和64位/66M的PCI總線就是供光纖下載之用。

光纖下載卡結構
圖2為光纖下載卡結構圖。如圖2所示，光纖下載設備的和核心為一塊Xilinx的V2 pro系列FPGA，其外圍有兩組DDR，用于數(shù)據(jù)的緩存。為了和外部交換板的光口互連，還有一個光模塊。下載設備的另一端通過PCI總線和主機相連，主機可以是X86處理器或PPC處理器。

圖2 光纖下載卡結構

可見下載設備的硬件結構比較簡潔，其復雜之處在于FPGA內部的邏輯的控制。在FPGA設計中，除需要例化MGT核，PCI核外還要設計控制邏輯進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂啤?/p>

數(shù)據(jù)傳輸一般來說有三種方式，包括程序直接控制方式、中斷控制方式和DMA方式。

程序直接控制方式就是由用戶進程來直接控制內存或CPU和外圍設備之間的數(shù)據(jù)傳送。它的優(yōu)點是控制簡單，缺點是CPU和外圍設備只能串行工作，CPU的大部分工作時間浪費在對外部數(shù)據(jù)的讀取過程中，其利用率很低。