雷達(dá)視頻信號模擬器的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1數(shù)據(jù)下載

數(shù)據(jù)下載即將上位機(jī)預(yù)先產(chǎn)生的雜波、噪聲數(shù)據(jù)及目標(biāo)參數(shù)通過背板總線下載到各通道對應(yīng)的Flash存儲器中，整個(gè)發(fā)送過程由上位機(jī)控制，按表1所示格式將命令、地址、數(shù)據(jù)的順序發(fā)送至主控卡，然后由主控卡FPGA控制LVDS收發(fā)器，將命令、地址及數(shù)據(jù)發(fā)送至單環(huán)總線上，所有總線節(jié)點(diǎn)(視頻卡)接收到命令后，轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)下載工作狀態(tài)，接著再判斷是否為該節(jié)點(diǎn)地址。若是，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，并判斷區(qū)地址，將數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的Flash分區(qū)中；若不是，關(guān)閉數(shù)據(jù)通道，等待接收新卡地址。因?yàn)镕lash存儲器在寫入2 K字節(jié)數(shù)據(jù)后需要一個(gè)較長的編程時(shí)間，所以在實(shí)際數(shù)據(jù)下載的過程中，使用輪詢寫人方法，即上位機(jī)每發(fā)送2 K字節(jié)數(shù)據(jù)后，就發(fā)送新卡地址，將數(shù)據(jù)寫入下一通道的Flash存儲器中，依次執(zhí)行，直到第一通道，F(xiàn)lash存儲器編程結(jié)束，再將數(shù)據(jù)繼續(xù)寫入，節(jié)約了數(shù)據(jù)下載時(shí)間。

3.2視頻信號的生成

整個(gè)視頻信號的生成過程，數(shù)據(jù)的搬移及信號的運(yùn)算均由DSP完成，由于TMS320C6713 DSP具有16個(gè)EDMA通道，可在不占用CPU運(yùn)行周期的前提下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速搬移，所以該設(shè)計(jì)在DSP內(nèi)部開辟一個(gè)乒乓緩存區(qū)(Ping PangCache)，CPU在調(diào)用乒乓緩存數(shù)據(jù)時(shí)，EDMA往乒乓緩存中搬移數(shù)據(jù)后進(jìn)行交換，這樣可同時(shí)執(zhí)行EDMA數(shù)據(jù)搬移和CPU信號運(yùn)算，保證實(shí)時(shí)生成視頻信號。

當(dāng)各通道的雜波、噪聲及目標(biāo)參數(shù)下載完成，各通道FPGA(1)接收上位機(jī)指令，將存儲在Flash的數(shù)據(jù)讀入輸入FIFO中，DSP啟動(dòng)EDMA通道將輸入FIFO數(shù)據(jù)讀至其內(nèi)部乒乓緩存中。此時(shí)，DSP發(fā)出READY信號給FPGA(2)，F(xiàn)PGA(2)將PRF同步信號接入DSP的外部中斷引腳，這樣當(dāng)下一個(gè)PRF同步信號到來時(shí)，觸發(fā)DSP的外部中斷，DSP執(zhí)行內(nèi)部的波形運(yùn)算程序，并啟動(dòng)EDMA通道將雜波等數(shù)據(jù)搬移至乒乓緩存，運(yùn)算結(jié)束后，DSP將目標(biāo)出現(xiàn)的延時(shí)發(fā)給FPGA(2)，并將運(yùn)算完畢的波形數(shù)據(jù)搬移至輸出FIFO。FPGA(2)收到延遲后，在下一個(gè)PRF同步信號到來時(shí)，計(jì)數(shù)DSP接收時(shí)間，計(jì)數(shù)結(jié)束，從輸出FIFO讀取運(yùn)算完畢的數(shù)據(jù)，同時(shí)啟動(dòng)D／A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

3.3性能改進(jìn)

雖然系統(tǒng)性能能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求，但對某些環(huán)節(jié)稍作改進(jìn)，會使整個(gè)系統(tǒng)功能進(jìn)一步增強(qiáng)。對于DSP而言，同步FIFO為異步存儲器，所以DSP在讀寫FIFO時(shí)設(shè)置為異步方式，讀FIFO的頻率僅能達(dá)到25 MHz，寫FIFO的頻率僅能達(dá)到33 MHz。如果將DSP讀寫SDRAM時(shí)序進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換，可使讀寫FIFO的頻率達(dá)到100 MHz，大大增強(qiáng)DSP的數(shù)據(jù)吞吐能力；另外單路視頻信號的數(shù)據(jù)僅使用一片F(xiàn)lash存儲器，雖然其峰值讀數(shù)速度可達(dá)40 M字節(jié)，但由于每讀2 K字節(jié)后，F(xiàn)lash需占一個(gè)緩存時(shí)間，這樣其平均讀數(shù)速度僅能達(dá)到約27 M字節(jié)。若將兩片F(xiàn)lash并聯(lián)，則達(dá)到其峰值速度，提高了系統(tǒng)性能；另外，目前在DSP內(nèi)部僅在數(shù)據(jù)輸入端開辟一個(gè)乒乓緩存，若在數(shù)據(jù)輸出端也開辟一個(gè)乒乓緩存，則可將數(shù)據(jù)搬移和CPU運(yùn)算進(jìn)一步并行執(zhí)行，縮短每個(gè)PRF周期的數(shù)據(jù)處理時(shí)間。

4結(jié)語

針對具體的雷達(dá)信號處理器，提出一種視頻信號模擬器的硬件設(shè)計(jì)，模擬器采用PC機(jī)+DSP組合架構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)采用插卡式結(jié)構(gòu)，各路視頻信號的生成使用相似的硬件電路，由PC機(jī)產(chǎn)生所需的雜波、噪聲數(shù)據(jù)及目標(biāo)參數(shù)，并事先將生成的各路視頻信號所需的雜波、噪聲及目標(biāo)參數(shù)通過自行設(shè)計(jì)的自適應(yīng)單環(huán)總線下載到對應(yīng)的大容量Flash存儲器中，數(shù)據(jù)下載完畢后，經(jīng)由DSP組合實(shí)時(shí)運(yùn)算，在每個(gè)PRF同步信號的觸發(fā)下輸出視頻模擬信號。由于Flash存儲器為非易失性存儲器，具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失的優(yōu)點(diǎn)，所以如果雜波、噪聲及目標(biāo)參數(shù)不改變的情況下，數(shù)據(jù)只需下載一次。另外，使用文中提出的環(huán)網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)，可保證數(shù)據(jù)的快速下載。