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一種基于FAS466的合成孔徑雷達(dá)高速數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)計(jì)

時(shí)間:2024-07-25 14:30:26 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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一種基于FAS466的合成孔徑雷達(dá)高速數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)計(jì)

摘要:介紹一種基于高性能SCSI總線處理器FAS466的專用高速合成孔徑雷達(dá)(SAR)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的設(shè)計(jì)。該設(shè)備可以脫離微機(jī)平臺(tái)時(shí)將SAR數(shù)據(jù)記錄到SCSI硬盤。給出了記錄器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件、軟件設(shè)計(jì)方法。

合成孔徑雷達(dá)(SAR)經(jīng)歷了從光學(xué)記錄成像到數(shù)字記錄成像,從低分辨率到高分辨率,從單通道、單極化到多通道、多極化,從單頻到多頻的發(fā)展過程。SAR系統(tǒng)的迅速發(fā)展,使SAR的數(shù)據(jù)量也急劇增多,普通的存儲(chǔ)器已經(jīng)無法滿足SAR系統(tǒng)對大容量、高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求。

常規(guī)的數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)計(jì)思路是通過高速PCI接口,采用SCSI總線處理器將高速數(shù)字信號(hào)存入SCSI硬盤。其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适躊CI帶寬的限制,而且PCI接口對微機(jī)系統(tǒng)的依賴性,使系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)變得非常困難。另外,SAR對數(shù)據(jù)記錄器的可靠性和工作環(huán)境的要求也非常高,使SAR數(shù)據(jù)記錄器不能按照常規(guī)的方法設(shè)計(jì)。筆者通過對SAR系統(tǒng)的研究,基于模塊化設(shè)計(jì)的思想,開發(fā)了一種基于FAS466的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄器。其特點(diǎn)是采用高速DMA接口、可脫離微機(jī)平臺(tái)工作、體積小、可靠性高,實(shí)際持續(xù)存儲(chǔ)速度達(dá)到72MB/s。

圖1

1 SCSI總線和硬盤

SCSI是美國ANSI9.2委員會(huì)定義的計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)采用SCSI硬盤,因?yàn)?CSI接口比常見的IDE接口具有更多優(yōu)點(diǎn):(1)SCSI提供了一個(gè)高速傳輸通道,傳輸速度更快;(2)SCSI接口采用總線主控?cái)?shù)據(jù)傳輸(Bus Master Data Transfer),占用CPU資源少;(3)可同時(shí)串接多臺(tái)不同類型的設(shè)備;(4)SCSI硬盤在標(biāo)識(shí)硬盤扇區(qū)時(shí)使用了線性的概念,即硬盤只有順序的第1扇區(qū)、第2扇區(qū)…第n扇區(qū),不像IDE硬盤的"柱面/磁頭/扇區(qū)"三維格式。這種線性編排方式訪問延時(shí)最小,可加快硬盤存取速率,尤其在持續(xù)大容量控?fù)?jù)存儲(chǔ)時(shí),所顯現(xiàn)的優(yōu)勢更為明顯。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體框圖如圖1所示,包括高速數(shù)據(jù)源、高速差分接收器、DMA控制器、數(shù)據(jù)緩存器、DSP微處理器、SCSI協(xié)議控制器和高速SCSI硬盤等子系統(tǒng);下面分別給出各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(PAD BUS表示控制信號(hào)線,DATA BUS表示數(shù)據(jù)信號(hào)線)。

2.1 高速數(shù)據(jù)源和高速差分線性接收器

系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)源接口為16位的并行接口,數(shù)據(jù)傳輸接口的所有信號(hào)均采用低電壓差分模式LVDS傳輸,信號(hào)進(jìn)入記錄器之后要將LVDS電平轉(zhuǎn)換成TTL電平。

2.2 數(shù)據(jù)緩存器

數(shù)據(jù)緩存的目的是為SCSI的高速DMA傳輸做好準(zhǔn)備,使兩邊數(shù)據(jù)傳輸速度匹配。數(shù)據(jù)的流向一般是一個(gè)口進(jìn),一個(gè)口出,不對信號(hào)進(jìn)行任何處理。雙口隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM雖然也可完成這個(gè)任務(wù),但是由于它需要復(fù)雜的地址譯碼電路,所以不采用,而采用FIFO。由于SAR系統(tǒng)每幀數(shù)據(jù)小于8KB,本系統(tǒng)選用的FIFO深度為8KB。

2.3 SCSI協(xié)議控制器--FAS466

FAS466(Fast Architecture SCSI Processor)處理器是Qlogic公司1999年上市的一種高性能SCSI引擎,它源于Qlogic公司的TEC450/452三重嵌入式控制鋁系列,可提供Ultra2 SCSI的同步傳輸速率,支持先進(jìn)的SCSl自動(dòng)配置模式的1層和2層協(xié)議,內(nèi)部嵌有微控制器,能夠通過編程方式靈活地協(xié)調(diào)SCSI作業(yè)隊(duì)列,可以工作在啟動(dòng)或目標(biāo)模式并支持單端或低電壓差分模式的SCSI連接。

FAS466區(qū)別于其它SCSI協(xié)議控制器的最大特點(diǎn)是它采用微處理器和DMA接口結(jié)構(gòu),而常見的SCSI協(xié)議控制器采用PCI接口總線結(jié)構(gòu)。這是本設(shè)計(jì)采用FAS466的一個(gè)主要原因。采用微處理器和DMA接口結(jié)構(gòu),可以通過DSP對傳輸進(jìn)行控制,脫離微機(jī)平臺(tái),減少傳輸帶寬限制,使數(shù)據(jù)記錄器具有非常好的靈活性和可移植性。 FAS466由SCSI控制器、微控制器、DMA接口和微處理器接口四個(gè)模塊組成。外部微處理器通過微處理器接口對FAS466進(jìn)行控制,SCSI控制器提供靈活、有效的底層SCSI協(xié)議控制,微控制器負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)從DMA接口到SCSI硬盤的傳輸以及各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)。圖2為FAS466的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2.4 OMA控制器

本設(shè)計(jì)采用DMA接口代替高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中常見的PCI接口。這不但使傳輸數(shù)據(jù)的速率有了比較明顯的提高,而且使數(shù)據(jù)記錄器可以脫離微機(jī)系統(tǒng),使模塊化設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。

本設(shè)計(jì)采用CPLD器件實(shí)現(xiàn)DMA控制器,而不采用專用的DMA控制器,主要考慮以下一些因素:本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到72Mg/s,一般的專用DMA控制器難以勝任;專用的DMA控制器與FAS466之間的連接需要大量的邏輯轉(zhuǎn)換電路和外圍連線,使設(shè)計(jì)難度加大;DMA控制器還需要在DSP的控制下與FAS466進(jìn)行協(xié)調(diào)才能一起工作,這增加了軟件編程的難度;使用CPLD器件,除了完成DMA控制器的功能之外,還可以把電路中的譯碼、邏輯轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)復(fù)位等模塊設(shè)計(jì)進(jìn)去,減小了設(shè)備的體積,方便了以后對系統(tǒng)的升級(jí)和改進(jìn)。

圖3

2.5 DSP微處理器

該高速數(shù)據(jù)記錄器選用TI公司的TMS320F206作為微處理器。主要考慮TMS320F206片內(nèi)包含32K×l6字的FLASH EEPROM,使DSP周圍電路簡單、設(shè)備的體積減小,而且系統(tǒng)升級(jí)也比較方便;指令集非常豐富,與TMS320C5X系列指令兼容;TMS320F206的指令周期為50ns,符合系統(tǒng)對DSP速度的要求。

DSP負(fù)責(zé)對各個(gè)模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制,實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)記錄的功能。需

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