VXS總線在雷達信號處理系統(tǒng)的應用

隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對信號處理機系統(tǒng)如雷達、聲納、圖像處理系統(tǒng)的要求日益提高。新一代信號處理機系統(tǒng)應具備以下特點：

（1）高速數(shù)據(jù)處理能力，能夠完成復雜信號處理算法；
（2）采用高速串行交換架構(gòu)，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸要求；
（3）高度系統(tǒng)集成架構(gòu) ，提高系統(tǒng)性能；
（4）開放式體系結(jié)構(gòu) ，通用化模塊設(shè)計，便于系統(tǒng)維護和升級
（5）高可靠性，支持冗余設(shè)計

高性能的GE智能平臺VXS總線系統(tǒng)架構(gòu)，是高速計算原型機的理想平臺，能夠 幫助用戶實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集，分布式高性能數(shù)據(jù)處理等相關(guān)工作。GE智能平臺VXS開發(fā)平臺系統(tǒng)集成了多款GE智能平臺信號處理板卡，背板具備高速數(shù)據(jù)吞吐能力，可提供高速數(shù)據(jù)采集功能，實現(xiàn)了多處理器計算和高速數(shù)據(jù)交換架構(gòu)，具備了高性能數(shù)字信號處理能力。

VXS開發(fā)平臺系統(tǒng)集成度高，具備了良好的集成開發(fā)環(huán)境。集成軟件為高速處理原型系統(tǒng)設(shè)計提供了簡單、快捷、靈活的途徑；同時也為將來系統(tǒng)擴展的復雜性、兼容性做到了充分的考慮。

VXS總線

VXS（VMEbus Switched Serial Standard,VITA 41標準）總線是在傳統(tǒng)的VME總線基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。VME總線是一種支持多處理器模塊的共享并行背板總線，被廣泛應用于軍事、航天和工業(yè)控制等領(lǐng)域。隨著當今應用對數(shù)據(jù)處理和交換能力日益增長的需求，VME總線的數(shù)據(jù)交換能力已經(jīng)成為系統(tǒng)性能提升的主要瓶頸之一。

VXS總線為了解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，還能夠支持傳統(tǒng)的VME板卡，就在P0連接器上引入了串行差分數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) ，如Infiniband、千兆以太網(wǎng)、串行Rapid IO、PCI Express等。

VXS定義了負載模塊和交換模塊兩種類型，如圖1。模塊仍然是標準6U結(jié)構(gòu)。

負載模塊保留了傳統(tǒng)的P1和P2連接器接口，仍然支持標準VME總線；新增了RT2 P0連接器，利用串行差分數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，傳輸高速數(shù)據(jù)。沒有P0的VME模塊也可以插在VXS機箱內(nèi)工作。

交換模塊完全取消了原有的P1和P2連接器，使用支持串行差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)腞T2 P2 ~ P5連接器和單端信號的RT2 P1連接器。

負載模塊和交換模塊支持高速串行數(shù)據(jù)交換架構(gòu)，如圖2。每塊負載模塊有2路x4串行通道分別連接2個交換模塊，實現(xiàn)了雙冗余容錯通信架構(gòu)，極大提高系統(tǒng)的可靠性。

北約MEADS火控雷達系統(tǒng)采用VXS總線

2010年8月中程增程防空系統(tǒng)（MEADS）完成了最終的關(guān)鍵設(shè)計評審，美國、德國和意大利預計將在10月達成小批量生產(chǎn)決議。其中的火控雷達硬件使用了GE智能平臺的VXS總線產(chǎn)品，包括DSP220 VXS多處理器主板和CRX800 VXS 22端口串行RapidIO交換機。

實際上MEADS并不是北約一個新的軍事計劃，從這個計劃提出到如今完成設(shè)計評審已經(jīng)超過十年了。最初的雷達系統(tǒng)設(shè)計使用VME總線，在這十幾年中總線技術(shù)不斷發(fā)展，但對軍事系統(tǒng)來說很難改變最初的設(shè)計。如何利用最先進的技術(shù) ，而又能夠讓以往的研究成果繼續(xù)發(fā)揮作用。VXS總線以升級而非革命性變革的方式提供給用戶，它使系統(tǒng)既保持了和傳統(tǒng)VME總線的兼容，又能夠?qū)崿F(xiàn)高速的串行數(shù)據(jù)傳輸。

在火控雷達信號處理系統(tǒng)中，使用了16片DSP220用于雷達信號數(shù)據(jù)處理，1片PPCM2單板計算機控制數(shù)據(jù)分配任務，1片千兆以太網(wǎng)交換機GBX24用于網(wǎng)絡互連，2片CRX800提供sRIO數(shù)據(jù)交換。

上圖所示系統(tǒng)使用16塊DSP220和2塊CRX800實現(xiàn)了多達64個Freescale 8641 CPU 節(jié)點的信號處理系統(tǒng)，系統(tǒng)的浮點處理能力達到512GFLOPS 。各節(jié)點之間使用x4 sRIO通道互聯(lián)，總數(shù)據(jù)吞吐率可達到雙向400Gb/s 。

對于如此復雜的多處理器架構(gòu)，GE智能平臺還提供了AXIS開發(fā)套件，可以加速用戶多處理系統(tǒng)的構(gòu)建和應用程序的開發(fā)。

結(jié)束語

實現(xiàn)一個高速數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)有賴于三個關(guān)鍵因素：

1.新一代多核處理器為主板提供了更強的計算能力，同時滿足嚴格的散熱和功率限制要求；
2.串行交換互聯(lián)架構(gòu)，大大提高了板間數(shù)據(jù)傳輸能力，使多處理器配置更強大、更靈活；
3.面對復雜環(huán)境，對可擴展性要求越來越高，高速計算系統(tǒng)必須適應不斷變化的應用情況，并且必須迅速將設(shè)備應用于現(xiàn)場。功能強大而又簡單易用的軟件工具能夠大大提高系統(tǒng)開發(fā)效率。

GE智能平臺提供的VXS系統(tǒng)就是遵從這三點設(shè)計的 。

多核處理，串行交換和集成軟件為高速信號處理系統(tǒng)設(shè)計提供了簡單、快捷和靈活的途徑；同時也為將來系統(tǒng)擴展的復雜性和兼容性做到了充分的考慮。