基于CPCI總線的雷達(dá)終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

薛萍冰

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所數(shù)字技術(shù)部，安徽 合肥 230088)

終端系統(tǒng)是雷達(dá)不可缺少的組成部分，隨著新體制雷達(dá)的不斷出現(xiàn)，對(duì)設(shè)備的要求越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，處理的信息量越來(lái)越大，為了適應(yīng)這種需要，現(xiàn)代雷達(dá)終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)廣泛采用計(jì)算機(jī)總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)［1］。

無(wú)源雷達(dá)探測(cè)的穩(wěn)定性易受到輻射源信號(hào)強(qiáng)弱、天氣、區(qū)域電磁環(huán)境和目標(biāo)所在位置等因素的影響，為了提高目標(biāo)的定位精度，達(dá)到穩(wěn)定跟蹤，需要大量的信息數(shù)據(jù)，為了滿(mǎn)足大量的信息數(shù)據(jù)處理和高速傳輸?shù)囊螅瑥能?硬實(shí)現(xiàn)方面綜合考慮，選用CPCI總線技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出了一種集成度高、體積小、多功能的基于CPCI總線的終端系統(tǒng)［2］。

該終端系統(tǒng)可完成數(shù)據(jù)處理、顯示控制、通信管理、外設(shè)管理等任務(wù);結(jié)構(gòu)緊湊，所有板卡都集中在一個(gè)CPCI機(jī)箱內(nèi)，加上兩臺(tái)顯示器、兩臺(tái)操縱臺(tái)就完成了所有的任務(wù)［3］。

1 CPCI總線

CPCI也 稱(chēng) CompactPCI(CompactPeripheral Component Interconnect)，中文稱(chēng)緊湊型PCI，是一種歐洲卡結(jié)構(gòu)的總線接口，具有高性能工業(yè)用總線，能與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)。CPCI技術(shù)架構(gòu)更加開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)，基于CPCI技術(shù)架構(gòu)的平臺(tái)，具有集成度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、插拔安全方便的特點(diǎn)［4］。可靠的歐洲卡結(jié)構(gòu)，改善了散熱條件，提高了抗振動(dòng)沖擊能力，符合電磁兼容性要求。歐式連接器，具備氣密性、防腐性、可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 組成

文中介紹的終端系統(tǒng)由CPCI機(jī)箱、數(shù)據(jù)處理板卡、數(shù)據(jù)處理后傳輸板卡、顯示控制板卡、顯示控制板卡后傳輸板卡、通信管理板卡、通信管理后傳輸板卡、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)板卡、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)后傳輸板卡、兩臺(tái)顯示器、兩臺(tái)操縱臺(tái)等幾部分構(gòu)成。終端系統(tǒng)組成清單如表1所示。

表1 組成清單

CPCI機(jī)箱共有3組12個(gè)插槽，每組有一個(gè)主板插槽，3個(gè)擴(kuò)展插槽組成，呈一托三形式。各板卡都通過(guò)CPCI接插件插入綜合分機(jī)，數(shù)據(jù)處理板卡、顯示控制板卡插入機(jī)箱正面主板插槽、通信管理板卡插入與數(shù)據(jù)處理板卡同組的任意擴(kuò)展插槽、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)板卡插入機(jī)箱正面任意擴(kuò)展插槽，后傳輸板卡插入機(jī)箱背面與正面的板卡一一對(duì)應(yīng)，比如數(shù)據(jù)處理板卡插入第二個(gè)插槽，那么數(shù)據(jù)處理后傳輸板卡從背面插入第二個(gè)插槽，機(jī)箱對(duì)內(nèi)/對(duì)外連線都通過(guò)后傳輸板卡連接，正面無(wú)連接線，板卡位置一旦固定，就不可隨意更改，否則影響接線關(guān)系，如要變動(dòng)，對(duì)應(yīng)的接線也要變動(dòng)。

預(yù)留了比較多的擴(kuò)展插槽，為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展提供了硬件基礎(chǔ);主板插槽和擴(kuò)展插槽各自通用，也給故障定位和維修帶來(lái)方便。整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、維修方便。電源采用兩塊開(kāi)關(guān)電源插件熱冗余備份的供電方式，兩塊插件硬件完全相同，單獨(dú)任意一塊插入任一電源插槽，都能給機(jī)箱正常供電;也可以?xún)蓧K插件一起供電;支持熱插拔。這種靈活的供電方式，減少了由于電源故障造成的停機(jī)損失，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

2.2 工作原理

數(shù)據(jù)處理板卡的主要功能是接收前端分系統(tǒng)送入的目標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，形成目標(biāo)信息，并控制通信管理板卡上報(bào)輸出。系統(tǒng)有兩塊顯示控制板卡，一塊用來(lái)顯示目標(biāo)信息和產(chǎn)生模擬目標(biāo)，用來(lái)測(cè)試系統(tǒng)工作狀態(tài)及訓(xùn)練操作員，這里稱(chēng)為主顯;一塊用來(lái)顯示輻射源數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)控界面顯示，這里稱(chēng)為分顯。兩塊板卡軟/硬件一致可互換，通過(guò)菜單切換是要作為主顯，還是作為分顯［5］。

通信管理板卡用于對(duì)外串口通信，包括8個(gè)RS232串口，受控于數(shù)據(jù)處理板卡。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)板卡包括9個(gè)101001000M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，完成系統(tǒng)內(nèi)部和對(duì)外網(wǎng)絡(luò)通信。系統(tǒng)工作原理圖如3圖所示。

圖3 系統(tǒng)工作原理

3 系統(tǒng)信號(hào)流程

系統(tǒng)信號(hào)流程如圖4所示。外部數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和串口，傳送到終端系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分發(fā);經(jīng)過(guò)處理過(guò)的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和串口送出。內(nèi)部由數(shù)據(jù)處理單元處理過(guò)的顯示數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送至顯示控制，經(jīng)再處理通過(guò)人機(jī)交互界面顯示;操作員通過(guò)操縱臺(tái)，發(fā)送控制命令，達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制的目的。

圖4 系統(tǒng)信號(hào)流程

4 軟件開(kāi)發(fā)

4.1 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)

為保證數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理軟件采用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，嵌入式Linux具備開(kāi)放性、多用戶(hù)、多任務(wù)等特點(diǎn)。凡遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所開(kāi)發(fā)的硬件和軟件，都能彼此兼容，可方便地實(shí)現(xiàn)互連。系統(tǒng)資源可以被不同用戶(hù)各自擁有使用，即每個(gè)用戶(hù)對(duì)自己的資源有特定的權(quán)限，互不影響。計(jì)算機(jī)可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序，而且各個(gè)程序的運(yùn)行互相獨(dú)立。此外，Linux操作系統(tǒng)還具備靈活移植的特點(diǎn)，可應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)，原型可以在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

顯示控制軟件采用Windows XP操作系統(tǒng)，安裝、使用、維護(hù)都很方便，基于Windows XP的圖形化顯示控制技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了軟件化實(shí)時(shí)顯示的功能，具備友好的人機(jī)交互界面［6］。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。終端系統(tǒng)內(nèi)的所有功能處理計(jì)算機(jī)都通過(guò)高速局域網(wǎng)連在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享。軟件設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。

圖5 軟件設(shè)計(jì)框圖

4.3 任務(wù)劃分

在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)中，任務(wù)劃分的是否合理，將影響到整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。任務(wù)劃分過(guò)大，將起不到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的作用，劃分過(guò)小，又使得任務(wù)切換過(guò)于頻繁。這里采用DARTS任務(wù)劃分方法，DARTS是結(jié)構(gòu)化分析/結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的擴(kuò)展，吸取了并行處理的經(jīng)驗(yàn)，能較好地解決任務(wù)的分解與進(jìn)程間的同步。

4.4 模塊化設(shè)計(jì)

按照軟件工程和模塊化的方法進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，分清各處理模塊的功能，做到模塊功能的唯一性，從而縮短開(kāi)發(fā)周期，提高了軟件可靠性、可維性。

5 完善的BIT設(shè)計(jì)

系統(tǒng)具備完善的BIT設(shè)計(jì)，通過(guò)相互間傳遞測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)完成，所有板卡的BIT信息都在監(jiān)控界面上顯示，這樣就能夠獲知每個(gè)板卡的工作狀態(tài)，從而有效地排除故障。在系統(tǒng)調(diào)試還沒(méi)有完成時(shí)，板卡的內(nèi)存以及外設(shè)接口等的BIT，可通過(guò)系統(tǒng)上電或復(fù)位，由板卡計(jì)算機(jī)的BIOS自動(dòng)檢查完成，板卡計(jì)算機(jī)上的串行通訊口，可通過(guò)測(cè)試程序的自收/發(fā)數(shù)據(jù)檢查來(lái)實(shí)現(xiàn)，其它接口如USB口、顯示接口、PSII口等，均可通過(guò)接入相應(yīng)的設(shè)備的方式來(lái)完成。

6 測(cè)試性

該終端系統(tǒng)具有完善的自我測(cè)試手段，只要系統(tǒng)中的各板卡通過(guò)自檢，即可納入系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試程序送出模擬的目標(biāo)數(shù)據(jù)信號(hào)及顯示信號(hào)，這些信號(hào)和實(shí)際的目標(biāo)信號(hào)流程一致，借此可測(cè)試系統(tǒng)的整個(gè)處理通道及各功能模塊是否正常。

系統(tǒng)除能進(jìn)行自我測(cè)試以外，在配接測(cè)試計(jì)算機(jī)后亦可完成系統(tǒng)的仿真測(cè)試。測(cè)試計(jì)算機(jī)可以模擬前端的外系統(tǒng)送出的信號(hào)，并且接收終端系統(tǒng)送出的信號(hào)，這樣即可測(cè)試系統(tǒng)的功能。一方面可提前模擬外系統(tǒng)與終端系統(tǒng)的對(duì)接過(guò)程，及早發(fā)現(xiàn)和排除問(wèn)題，另一方面在實(shí)際聯(lián)調(diào)的過(guò)程中可以方便地將故障隔離。測(cè)試框圖如圖6所示。

圖6 測(cè)試框圖

7 結(jié)束語(yǔ)

文中介紹的基于CPCI總線的無(wú)源雷達(dá)終端系統(tǒng)，滿(mǎn)足了性能指標(biāo)要求，能很好地完成目標(biāo)參數(shù)錄取、跟蹤和各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)功能。具備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、設(shè)計(jì)靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，解決了無(wú)源雷達(dá)數(shù)據(jù)處理和傳輸瓶頸。該系統(tǒng)的研制成功，為以后研制基于CPCI總線的系統(tǒng)，提供了很好的借鑒。

［1］李衛(wèi).基于CPCI總線的加固計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)［J］.山西電子技術(shù)，2010(5):19－21.

［2］馬敏，張承志，薛萍冰.一種無(wú)源雷達(dá)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)［J］.雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2010，26(1):49 －53.

［3］王俊，保錚，張守宏.無(wú)源探測(cè)與跟蹤雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)及其發(fā)展［J］.雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2004，20(3):129 －135.

［4］孔超，謝時(shí)根，劉垚，等.CPCI系統(tǒng)中PCI總線接口技術(shù)研究［J］.微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010(10):50－56.

［5］何友，修建娟，張晶煒，等.雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

［6］劉青，馬天乙.CPCI數(shù)據(jù)總線接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子科技，2011，24(6):95 －96.