基于FPGA的机载合成孔径雷达数字信号处理机接口板卡的设计与

基于FPGA的机载合成孔径雷达数字信号处理机接口板卡的设计与

关键词： 数据接口 LINK口 现场可编程门阵列 PCI接口

机载合成孔径雷达（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ，简称ＳＡＲ）是以“合成孔径”原理和脉冲压缩技术为理论基础，以高速数字处理和精确运动补偿为前提条件的高分辨率成像雷达。对于机载合成孔径雷达成像处理来讲，仅有目标的原始回波数据是不够的，还必须获得雷达和载机的参数。另外，为了满足信号处理机实时处理的要求，要求输入到处理机的各种数据符合处理机成像处理的数据格式。这样，处理机在获得数据帧后就可以直接进行成像处理而不必再有格式转换的开销。但是? 目标的原始回波数据与雷达和载机的参数数据来自两个不同的设备?它们的数据格式和时序都是由各自的设备确定的，因此信号处理机便面临着与外围设备接口的问题。

１ 系统功能

考虑到进出接口板卡数据流的特点和雷达系统对接口板卡的控制要求，接口板卡要具有如下功能：

（１）设置数据的缓冲、存储逻辑，以适应不同设备之间的速度差异和时序差异；

（２）进行信息格式转换，将目标的原始回波数据与雷达和载机的参数数据打包，插入相应的帧信息形成处理机要求的数据帧，并控制数据流的走向；

（３）实现ＰＣＩ接口，能够产生ＰＣＩ中断；

（４）具有在线自检测功能。 ２ 系统硬件结构设计

２．１ 输入数据流的缓存方案

为了适应处理机与数据采集设备和监控设备之间的速度差异，解决速度不匹配问题，需要将输入的数据先进行缓存。数据采集设备送入的原始回波数据每帧的数据量比较大，接口板卡上设计了硬件ＦＩＦＯ作为原始回波数据的缓存器，ＦＩＦＯ的读写使能由ＦＰＧＡ编程控制，写时钟由ＦＰＤＰ接口提供，读时钟由接口板卡上的晶振提供。数据采集设备和监控设备是两个异步的系统，雷达参数数据流和原始回波数据流之间没有同步关系，一帧雷达参数数据对应几帧原始回波数据，因此设计中用双口ＲＡＭ作为雷达参数数据的缓存器。另外，每帧雷达参数的数据量比较小，本设计在ＦＰＧＡ内利用参数化的模块库（Ｌｉｂｒａｒｙ ｏｆ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ Ｍｏｄｕｌｅｓ，简称ＬＰＭ）中的ｌｐｍ＿ｒａｍ＿ｄｐ编程实现双口ＲＡＭ，简化了硬件设计。

２．２ ＰＣＩ接口设计?

２．３ ＦＰＧＡ的配置设计?

本设计为ＦＰＧＡ提供了两种配置方式：主动串行配置和被动串行配置。

２．４ 在线自检测功能

３ 系统的软件设计

系统上电后， ＰＣＩ上电复位，ＦＩＦＯ清零。上位机向相应寄存器写入初始值，完成寄存器设置。当系统启动信号有效时，接口板开始接收数据，进行数据打包和分发，直到上位机向接口板卡写停止命令为止。图３给出了系统工作流程图。

３．１ 数据的打包和流向控制

雷达参数数据和原始回波数据的数据源是异步的，不能保证两者确切的对应关系，接口板卡利用对缓存原始回波数据ＦＩＦＯ和缓存雷达参数数据双口ＲＡＭ的读写控制，调整雷达参数数据和原始回波数据对应关系，将两种数据源按处理机要求的输入数据格式组成正确的数据帧。雷达参数数据和原始回波数据打包后的数据帧格式如下：

Ｌｉｎｋ口的数据传输是在同步时钟线（ＬｘＣＬＫ）与应答线（ＬｘＡＣＫ）相互握手的情况下同步传输的。一个传输字为３２ｂｉｔ，Ｌｉｎｋ口以４ｂｉｔ为单位进行传输。在ＬｘＣＬＫ上升沿，发送端会发送一个新的４ｂｉｔ数据，在ＬｘＣＬＫ的下降沿，接收方锁存数据线上的数据。８个４ｂｉｔ数据发送完毕后，如果接收方准备好接收下一个字，则将ＬｘＡＣＫ置１。发送方在每次发送新字的第一个４ｂｉｔ时对ＬｘＡＣＫ采样，如果ＬｘＡＣＫ为０，表明接收方没有准备好，则发送方保持ＬｘＣＬＫ为高电平，且数据线上保持当前的４ｂｉｔ数据，直到接收方将ＬｘＡＣＫ置１，发送方才将 ＬｘＣＬＫ下拉，并继续发送新的数据。当发送方缓存为空时，表明没有数据需要发送，则ＬｘＣＬＫ保持为低电平。接口板利用ＶＨＤＬ语言实现了Ｌｉｎｋ口传输协议。下面给出了关键的程序片断：

ＣｈａｎｇｅＳｔａｔｅＭｏｄｅ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ＮｉｂｌｅＣｏｕｎｔ?ｅｍｐｔｙ?ＬｘＡＣＫ?ＰｒｅｓｅｎｔＳｔａｔｅ?ｅｍｐｔｙ?

ｂｅｇｉｎ

ｃａｓｅ ＰｒｅｓｅｎｔＳｔａｔｅ ｉｓ

ｗｈｅｎ ＳｅｎｄＡＣＫ ＝＞

ｉｆ ＬｘＡＣＫ＝＇１＇ ａｎｄ ｅｍｐｔｙ＝＇０＇ ｔｈｅｎ

ＮｅｘｔＳｔａｔｅ＜＝Ｓｅｎｄ?

ｅｌｓｅ ＮｅｘｔＳｔａｔｅ＜＝ＳｅｎｄＡＣＫ?

ｅｎｄ ｉｆ?

ｗｈｅｎ Ｓｅｎｄ ＝＞

ｉｆ ＮｉｂｌｅＣｏｕｎｔ／＝ ３ ｏｒ ?ＮｉｂｌｅＣｏｕｎｔ＝３ ａｎｄ ｅｍｐｔｙ＝＇０＇ａｎｄ ＬｘＡｃｋ＝＇１＇? ｔｈｅｎ

ＮｅｘｔＳｔａｔｅ＜＝Ｓｅｎｄ?

ｅｌｓｅ ＮｅｘｔＳｔａｔｅ＜＝ＳｅｎｄＡＣＫ?

ｅｎｄ ｉｆ?

ｅｎｄ ｃａｓｅ?

ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｎｇｅｓｔａｔｅｍｏｄｅ? 图5 数据转发仿真时序较 ４ 应用和结论

目前该接口板已经完成了电路设计、软件仿真和制板，并应用到某机载合成孔径雷达数字信号处理机中。接口板卡位于信号处理机的前端，通过ＣＰＣＩ机箱的前面板接口，采用一块ＰＭＣ子板实现。系统采用了图１所示的体系结构，锁存器选用ＴＩ公司的ＳＮ７４ＬＶＴ１６３７４，时钟驱动芯片选用ＩＤＴ公司的ＩＤＴ４９ＦＣＴ３８０５ＡＰＹ，ＦＩＦＯ选用ＩＤＴ公司的ＩＤＴ７２Ｖ３６１１０，ＰＣＩ接口芯片选用ＰＬＸ９０５２，ＦＰＧＡ选用Ａｌｔｅｒａ公司的ＥＰ１Ｋ１００ＦＣ２５６－１。经过实验室阶段和外厂试验，接口板都工作正常，达到了设计要求。

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。