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標(biāo)題：基于G4平臺(tái)的嵌入式VxWorks系統(tǒng)在雷達(dá)信號(hào)處理中的應(yīng)用
1樓
wangxinxin 發(fā)表于：2010-12-1 11:04:17引 言
在雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理中，其主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)流量大、運(yùn)算量大和處理的實(shí)時(shí)性，單片高性能的DSP芯片也不能滿足處理要求，必須采用多DSP板作為數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)。開(kāi)發(fā)復(fù)雜的多DSP板硬件平臺(tái)需要投入大量的人力而且開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大，購(gòu)買專業(yè)公司開(kāi)發(fā)的穩(wěn)定、可靠的通用數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。設(shè)計(jì)人員只需致力于信號(hào)處理算法的研究，利用高級(jí)語(yǔ)言編寫算法軟件來(lái)完成系統(tǒng)要求，從開(kāi)發(fā)復(fù)雜的硬件平臺(tái)中解脫出來(lái)，降低了整個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。本文介紹一種通用的G4數(shù)字信號(hào)處理硬件平臺(tái)，該平臺(tái)選用基于搶占式多任務(wù)VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為平臺(tái)的操作系統(tǒng)，它能管理各種獨(dú)立任務(wù)的執(zhí)行，每個(gè)任務(wù)能及時(shí)響應(yīng)外部事件并且能及時(shí)處理。它為整個(gè)雷達(dá)信號(hào)處理能實(shí)時(shí)完成處理提供了很好的系統(tǒng)軟件支持。
G4硬件平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
G4平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)
G4 DSP功能框圖如圖1所示。
圖1 G4 DSP功能框圖
如圖1 所示，G4 硬件平臺(tái)是一塊由4 片CPU組成的數(shù)字信號(hào)處理板， CPU是摩托羅拉公司PowerPC系列MPC7410 RISC的微處理器，處理器支持對(duì)稱多處理器技術(shù)( SMP) ，內(nèi)核時(shí)鐘500 MHz，包含多個(gè)運(yùn)算處理單元，支持哈佛結(jié)構(gòu)和指令流水線操作，具有SIMD特點(diǎn)，在一個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行8條指令；集成了128bit AltiVec執(zhí)行單元，14 GFLOPS數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速地完成卷積、FIR 濾波器和FFT等數(shù)字信號(hào)處理算法； 內(nèi)部總線是60X總線(32位地址總線和64位數(shù)據(jù)總線) ，100MHz的外圍設(shè)備總線速度，包含32kbyte一級(jí)指令Cache和數(shù)據(jù)Cache， 支持最高2Mbit的外部L2 CACHE，支持多種內(nèi)存尋址的內(nèi)存管理模式。每一個(gè)處理器與外圍I/O 接口通信通過(guò)CPC710 橋的PC I總線實(shí)現(xiàn)，處理器間通過(guò)64 bit、66MHz Intel 21555非透明PCI橋互聯(lián)，其峰值帶寬為528Mbyte / s。
G4平臺(tái)的基本特點(diǎn)
G4平臺(tái)的基本特點(diǎn)為：
(1) 每一節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立的， 包含大容量?jī)?nèi)存SDRAM (256 Mbyte) ， 16 Mbyte FLASH 用于存放系統(tǒng)B IT、用戶應(yīng)用程序和常數(shù)表等；
(2)每一節(jié)點(diǎn)包含Xilinx 7410XC95144XV PLD中斷控制器，節(jié)點(diǎn)間可以相互發(fā)中斷請(qǐng)求和中斷回應(yīng)，用于節(jié)點(diǎn)間通訊握手以及板內(nèi)與板外間的通信握手；
(3)每一節(jié)點(diǎn)包含RS232串口，用于對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行軟件調(diào)試；每一節(jié)點(diǎn)都有JTAG接口；節(jié)點(diǎn)2 和4提供了64 bit/66MHz PMC (PMC - IEEE P1386. 1) ，它是一種高速的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展PCI接口，可以用于擴(kuò)展為圖形卡、板間通信卡、高速通信(ATM、ISDN等)卡、多媒體、或用戶根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展使用，峰值傳輸帶寬為1 056 Mbyte / s；節(jié)點(diǎn)3帶有32 bit/33MHz PCI總線，用于板間通信，或作其他擴(kuò)展使用；
(4)節(jié)點(diǎn)1 提供VME64、100BaseT Ethernet (通過(guò)CPC710 上的32 bit/33 MHz PC I總線) ； VME64與板外的進(jìn)行通信，其峰值帶寬為80 Mbyte /s； Ethernet主要用來(lái)調(diào)試； 可以單獨(dú)或多用戶同時(shí)對(duì)G4DSP板的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試。
(5)節(jié)點(diǎn)間通過(guò)PC I橋互聯(lián)，通過(guò)PC I地址映射，每一節(jié)點(diǎn)都能“看見(jiàn)”對(duì)方的內(nèi)存，能直接對(duì)其
他節(jié)點(diǎn)內(nèi)存進(jìn)行讀寫；支持DMA傳輸，完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速數(shù)據(jù)傳輸。
G4平臺(tái)支持的軟件
G4平臺(tái)的軟件支持是開(kāi)放和獨(dú)立的，不局限于某一種操作系統(tǒng)和某一種信號(hào)處理庫(kù)，為最大限度地保護(hù)用戶的軟件投資并快速上手開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，有利于算法的開(kāi)發(fā)。
(1)支持風(fēng)河公司的VxWorks/VxMP實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和VSPWorks DSP RTOS虛擬單處理器實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)人員面向單處理器系統(tǒng)編寫的源代碼，可在任意數(shù)量的處理器上執(zhí)行。VSPWorks會(huì)協(xié)調(diào)好處理器之間的一切通信機(jī)制，最多可以支持1 000個(gè)處理器；
(2)支持MPI軟件公司的VSI/Pro VSIPL和Dy 4Systems公司的IXLibs- AV數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)，專門針對(duì)MPC7410進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)字信號(hào)處理算法庫(kù)，包括FFT、FIR濾波器和圖像處理函數(shù)等，執(zhí)行效率高。
(3)節(jié)點(diǎn)間通信可以使用VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的共享內(nèi)存組件VxMP。VxMP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)駐留在所有CPU 的共享內(nèi)存區(qū)域， 最多支持20個(gè)CPU。MPI軟件公司的ChaMPIon/RT是一種實(shí)時(shí)消息傳遞接口標(biāo)準(zhǔn)，采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)、事件驅(qū)動(dòng)、優(yōu)先權(quán)驅(qū)動(dòng)編程模式和混合編程模式，并采用了面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，它使MP I/RTAPI更易于使用。也可以使用RadStone公司專門為G4平臺(tái)開(kāi)發(fā)的消息傳遞接口RMP，充分利用硬件資源來(lái)進(jìn)行消息傳遞，是一種低消耗、高效的消息傳遞方式。它們主要用于不同處理器上不同任務(wù)間的通信、同步和互斥，執(zhí)行效率有所不同，都運(yùn)行在VxWorks系統(tǒng)的應(yīng)用層。
VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
VxWorks是美國(guó)風(fēng)河公司推出的一個(gè)具有微內(nèi)核、可裁剪的高性能、強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：
(1)VxWorks具有高度可剪裁的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，需極少的RAM空間和ROM空間，內(nèi)核與硬件無(wú)關(guān)，支持許多種嵌入式芯片，只需開(kāi)發(fā)與硬件有關(guān)的BSP包即可，用戶可以根據(jù)需要對(duì)VxWorks直接進(jìn)行配置和修改；
(2)VxWorks能快速高效地對(duì)多任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，支持中斷驅(qū)動(dòng)的優(yōu)先級(jí)搶占式調(diào)度和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度；任務(wù)間的通訊快速靈活，任務(wù)上下文切換快，切換時(shí)間確定；任務(wù)的狀態(tài)可以動(dòng)態(tài)地改變，可以在任意時(shí)刻改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先權(quán)、刪除任務(wù)等；任務(wù)也可以禁止由內(nèi)核調(diào)度；中斷延遲時(shí)間短，延遲時(shí)間確定，是微秒級(jí)的； VxWorks系統(tǒng)任務(wù)和應(yīng)用程序任務(wù)運(yùn)行在SuperMode模式，系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)銷小；
(3)VxWorks系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性和可靠性，某一任務(wù)運(yùn)行出錯(cuò)，操作系統(tǒng)掛起當(dāng)前出錯(cuò)的任務(wù)，在系統(tǒng)中的其他任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行，并可以恢復(fù)出錯(cuò)的任務(wù)；
( 4)VxWorks具有靈活方便的I/O系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序可以在用戶的任務(wù)堆棧中運(yùn)行，用戶可以隨意地添加設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，既可在VxWorks啟動(dòng)時(shí)添加設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，也可在應(yīng)用程序任務(wù)中隨時(shí)添加和刪除設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；
(5)VxWorks支持強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，提供了TCP /IP協(xié)議、UDP / IP、FTP和TFTP服務(wù)器以及遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用RPC等，可以用于宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的調(diào)試或其他的網(wǎng)絡(luò)通信，通過(guò)TCP / IP支持多宿主機(jī)對(duì)同一個(gè)目標(biāo)機(jī)進(jìn)行程序下載、調(diào)試，在G4平臺(tái)上可以配置成同一宿主機(jī)對(duì)多個(gè)CPU進(jìn)行程序下載、調(diào)試；
(6)提供一個(gè)直觀的、可視化的、用戶可擴(kuò)充的交叉集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado；采用c / c + +語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，提供了高效交叉編譯器，編譯效率可達(dá)90%以上；Tornado IDE通過(guò)宿主機(jī)上的目標(biāo)服務(wù)器與目標(biāo)機(jī)的目標(biāo)代理進(jìn)行通信，可以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地下載應(yīng)用程序模塊；支持任務(wù)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)調(diào)試；任務(wù)級(jí)調(diào)試，被調(diào)試的任務(wù)暫停執(zhí)行，其他任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行，系統(tǒng)級(jí)調(diào)試每一個(gè)任務(wù)都停止執(zhí)行； Tornado IDE提供了多種純軟件調(diào)試工具:WindView (軟件邏輯分析儀)可以看到程序在動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的情況，如任務(wù)的狀態(tài)、占用CPU的時(shí)間等； Browser定時(shí)采樣工具，把采樣后的數(shù)據(jù)(如任務(wù)隊(duì)列、堆棧、占用內(nèi)存的大小等)進(jìn)行分析。Tornado能準(zhǔn)確定位開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序在硬件平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤狀態(tài)，幫助開(kāi)發(fā)者縮短開(kāi)發(fā)周期；嵌入式VxWorks作為G4硬件平臺(tái)的操作系統(tǒng)是較好的選擇。
在雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用
雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理主要是通過(guò)高速A /D采集雷達(dá)正交基帶回波信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)字脈沖壓縮處理、雜波抑制、恒虛警和目標(biāo)檢測(cè)，最后把目標(biāo)信息數(shù)據(jù)傳送給雷達(dá)終端進(jìn)行顯示。采用高速A /D采集雷達(dá)回波信號(hào)，和VxWorks完成大容量數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)性處理管理，合理劃分任務(wù)和安排處理時(shí)序是成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
基帶信號(hào)采集
回波信號(hào)的采集使用Interactive 電路與系統(tǒng)公司的ICS - 554四通道14bit A /D數(shù)據(jù)采集卡，可以用內(nèi)部或外部時(shí)鐘采樣，最小采樣率30MHz，最高采樣率105MHz，內(nèi)部和外部?jī)煞N觸發(fā)信號(hào)；標(biāo)準(zhǔn)的PMC 接口，帶1M邏輯門FPGA 的64bit/66MHzQL5064 PCI總線接口芯片，支持master/ target DMA突發(fā)傳輸方式，未使用完的FPGA資源可根據(jù)用戶的需要配置使用；兩片64 K ×72 bit FIFO緩存，可以編程控制進(jìn)行單通道數(shù)據(jù)采集，兩通道或四通道同時(shí)采集，每?jī)赏ǖ栏髡家黄現(xiàn)IFO，每片最大采樣128 K點(diǎn)，單通道最大各采樣256 K點(diǎn)；采用捕獲和持續(xù)兩種采樣模式，在捕獲模式每一次觸發(fā)采樣點(diǎn)數(shù)和(在FIFO緩存大小內(nèi))總的采樣點(diǎn)數(shù)，然后向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，要求從CPU從緩存中取走已采樣的數(shù)據(jù)都是可編程的；為多種操作系統(tǒng)提供了驅(qū)動(dòng)程序，如Win2dowsNT、Windows 2000、Windows XP和VxWorks實(shí)時(shí)操作系。ICS - 554的功能框圖如圖2所示。
圖2 ICS - 554框圖
在實(shí)際應(yīng)用中， ICS - 554插在節(jié)點(diǎn)4的PMC標(biāo)準(zhǔn)接口上，采用10 kHz主觸發(fā)脈沖作為外觸發(fā)信號(hào)， 30MHz采樣時(shí)鐘， I、Q兩路采樣，每一個(gè)主觸發(fā)脈沖采樣2 048點(diǎn)，每一個(gè)CP I周期內(nèi)要求采88個(gè)主觸發(fā)脈沖周期的數(shù)據(jù)。考慮到每一路F IFO最大只能采256K點(diǎn)和DMA 方式下PC I總線的實(shí)際傳輸率，保證每一個(gè)CPI的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失和FIFO不會(huì)溢出，采用每42個(gè)主觸發(fā)脈沖周期就請(qǐng)求CPU開(kāi)始接收在F IFO 緩存中的數(shù)據(jù)，先接收完F IFO1 中的數(shù)據(jù)，再接收F IFO2 中的數(shù)據(jù)，以后循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，直到禁止A /D采樣為止。
時(shí)序安排
信號(hào)處理系統(tǒng)接收雷達(dá)終端發(fā)來(lái)的控制命令和正交回波信號(hào)經(jīng)過(guò)A /D采樣后的數(shù)字信號(hào)，雷達(dá)終端在CP I信號(hào)的下降沿通過(guò)VME總線發(fā)當(dāng)前CPI信號(hào)的控制命令到G4板的VME內(nèi)存映射空間，節(jié)點(diǎn)1把這些控制命令碼值拷貝到全局共享內(nèi)存，控制命令碼值包括模式碼，探測(cè)距離碼等值；然后通知節(jié)點(diǎn)4取出當(dāng)前模式碼，節(jié)點(diǎn)4根據(jù)模式碼對(duì)ICS- 554進(jìn)行配置和允許ICS - 554開(kāi)始采數(shù)并存入FIFO中。ICS - 554每采完44個(gè)主觸發(fā)脈沖周期的數(shù)據(jù)后，向節(jié)點(diǎn)4發(fā)中斷請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)4接到請(qǐng)求后通過(guò)節(jié)點(diǎn)1的全局共享內(nèi)存查詢當(dāng)前控制命令，接著根據(jù)模式碼配置QL5064的DMA控制器。目標(biāo)內(nèi)存是節(jié)點(diǎn)1上的共享內(nèi)存，啟動(dòng)DMA傳輸，把A /D采樣存入FIFO 中的數(shù)據(jù)傳給節(jié)點(diǎn)1， DMA傳輸完成后，節(jié)點(diǎn)4向節(jié)點(diǎn)1發(fā)出中斷請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)1響應(yīng)請(qǐng)求后，查詢?nèi)止蚕韮?nèi)存的控制命令，根據(jù)模式碼開(kāi)始進(jìn)行脈沖壓縮、雜波抑制、恒虛警和目標(biāo)檢測(cè)等信號(hào)處理。信號(hào)處理完后通過(guò)VME總線把目標(biāo)信息數(shù)據(jù)傳送到VME空間，通知雷達(dá)終端取走目標(biāo)和狀態(tài)信息；其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)也是通過(guò)節(jié)點(diǎn)4以DMA方式傳到內(nèi)存中進(jìn)行處理，處理方法與節(jié)點(diǎn)1相似，只是節(jié)點(diǎn)2、3和4的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)先傳到節(jié)點(diǎn)1，然后由節(jié)點(diǎn)1通過(guò)VME總線傳給雷達(dá)終端，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都獨(dú)立處理一個(gè)CP I周期的數(shù)據(jù)。從A /D FIFO緩存中傳數(shù)到各節(jié)點(diǎn)的順序和信號(hào)處理順序時(shí)序如圖3所示。
圖3 時(shí)序圖
在一個(gè)CP I周期內(nèi)，第一個(gè)陰影部分表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)前42個(gè)主觸發(fā)周期內(nèi)A /D采樣完成后由FIFO的DMA傳數(shù)到節(jié)點(diǎn)內(nèi)存的時(shí)間，第二個(gè)陰影部分是后42個(gè)主觸發(fā)周期內(nèi)A /D采樣完成后由FIFO的DMA傳數(shù)到節(jié)點(diǎn)內(nèi)存的時(shí)間，但是由于采用DMA傳輸方式，不會(huì)占用CPU處理時(shí)間(除了中斷來(lái)時(shí)很短暫地打斷CPU的處理) ，相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸率比相對(duì)節(jié)點(diǎn)的傳輸率高。
任務(wù)劃分
劃分任務(wù)的原則是能夠在每個(gè)CPI周期內(nèi)實(shí)時(shí)的接收雷達(dá)終端控制命令，并能接收經(jīng)過(guò)A /D采樣的正交I、Q兩路回波信號(hào)，最后及時(shí)地把處理完成后的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)傳給雷達(dá)終端。節(jié)點(diǎn)1負(fù)責(zé)接收本節(jié)點(diǎn)的A /D采樣數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，并把處理后的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)2、3和4傳來(lái)的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)傳到VME空間，通知雷達(dá)終端及時(shí)取走數(shù)據(jù)。因此在節(jié)點(diǎn)1上劃分為6個(gè)任務(wù):從節(jié)點(diǎn)4接收A /D采樣數(shù)據(jù)任務(wù)，優(yōu)先級(jí)最高； 接收節(jié)點(diǎn)2、3和4的目標(biāo)數(shù)據(jù)并能及時(shí)送給雷達(dá)終端的任務(wù)優(yōu)先級(jí)較高， 3個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同；系統(tǒng)開(kāi)機(jī)和模式轉(zhuǎn)換時(shí)查詢命令任務(wù)的優(yōu)先級(jí)次高，能及時(shí)響應(yīng)命令并能送給節(jié)點(diǎn)4，重新對(duì)ICS - 554進(jìn)行新的工作模式的配置；信號(hào)處理任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低，它能保證本節(jié)點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理完成的同時(shí)，不會(huì)影響其它任務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。
節(jié)點(diǎn)4主要完成管理ICS - 554 A /D數(shù)據(jù)采集和查詢模式碼。數(shù)據(jù)采集任務(wù)配置ICS - 554 AD傳送采集后的數(shù)據(jù)到本節(jié)點(diǎn)和其它節(jié)點(diǎn)，并通知它們開(kāi)始處理數(shù)據(jù)，該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高；模式切換任務(wù)在模式切換時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)1發(fā)來(lái)的控制命令并根據(jù)模式碼對(duì)A /D進(jìn)行編程控制，該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)次高；信號(hào)處理任務(wù)保證節(jié)點(diǎn)4在接收到新的一幀數(shù)據(jù)來(lái)之前必須完成前一幀數(shù)據(jù)處理，每個(gè)CPI周期內(nèi)，A /D每采集44個(gè)主觸發(fā)周期的數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生的中斷要打斷信號(hào)處理任務(wù)2次，造成該任務(wù)切換頻繁，信號(hào)處理時(shí)間拉長(zhǎng)，因此編寫算法程序時(shí)一定要考慮節(jié)約處理時(shí)間，最后向節(jié)點(diǎn)1發(fā)中斷請(qǐng)求，通過(guò)DMA方式把目標(biāo)數(shù)據(jù)傳給節(jié)點(diǎn)1，再傳給雷達(dá)終端，該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低。
節(jié)點(diǎn)2和3接收A /D 數(shù)據(jù)采集任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高，并在此任務(wù)中查詢模式碼。信號(hào)處理任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低，處理完成后的目標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)DMA方式傳到節(jié)點(diǎn)1，再傳給雷達(dá)終端。該雷達(dá)信號(hào)處理涉及多種工作模式，這里只介紹了一種簡(jiǎn)單工作模式任務(wù)劃分，其它模式的任務(wù)劃分不在此贅述。
開(kāi)發(fā)中應(yīng)注意的主要問(wèn)題
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于采用了RMP庫(kù)，它與ICS -554的驅(qū)動(dòng)程序沖突，導(dǎo)致ICS - 554不能正常工作，并且RMP庫(kù)的通用性強(qiáng)，占用的系統(tǒng)資源多，實(shí)時(shí)性也相對(duì)較差。在實(shí)際應(yīng)用中作者根據(jù)具體開(kāi)發(fā)的需要充分利用G4節(jié)點(diǎn)間中斷握手和共享內(nèi)存的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了適合自己的節(jié)點(diǎn)間通信庫(kù)，提高了資源的利用率并降低了通信時(shí)間，提高了數(shù)字信號(hào)處理實(shí)時(shí)處理能力。
數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)最好選用IXLibs- AV，該庫(kù)和VSIPL庫(kù)都針對(duì)MPC7410的AltiVec技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化編寫的。IXL ibs- AV 庫(kù)函數(shù)涉及矢量運(yùn)算更底層些，處理速度比VSIPL 更快，但對(duì)程序員的要求較高； VSIPL 庫(kù)通用性較高，對(duì)程序要求低，但是處理速度較慢，并且在運(yùn)行過(guò)程中， VSIPL 庫(kù)有時(shí)會(huì)把G4板上引導(dǎo)FALSH中的引導(dǎo)程序沖掉，導(dǎo)致G4板不能啟動(dòng)。
節(jié)點(diǎn)間的通信盡量采用“寫”方式，寫數(shù)速度比讀數(shù)速度快；并且往相鄰節(jié)點(diǎn)寫數(shù)速度比相對(duì)節(jié)點(diǎn)寫數(shù)快， ICS - 554的DMA引擎從F IFO傳輸數(shù)據(jù)到本節(jié)點(diǎn)速度最快；節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)避免總線沖突。
G4板上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理程序最好是獨(dú)立、不相同的，不但占有的系統(tǒng)資源少而且處理速度快； 4個(gè)節(jié)點(diǎn)處理程序既可以從節(jié)點(diǎn)1上的User Flash中引導(dǎo)，也可以從各自的User Flash中引導(dǎo)。G4板元器件密度大，發(fā)熱量大， G4板的散熱處理是平臺(tái)穩(wěn)定、可靠工作的前提條件。
結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)G4硬件平臺(tái)和搶占式多任務(wù)VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)合使用，成功地實(shí)現(xiàn)了某雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理，這種解決方案也可在聲納、通信等要求極高的數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域
在雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理中，其主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)流量大、運(yùn)算量大和處理的實(shí)時(shí)性，單片高性能的DSP芯片也不能滿足處理要求，必須采用多DSP板作為數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)。開(kāi)發(fā)復(fù)雜的多DSP板硬件平臺(tái)需要投入大量的人力而且開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大，購(gòu)買專業(yè)公司開(kāi)發(fā)的穩(wěn)定、可靠的通用數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。設(shè)計(jì)人員只需致力于信號(hào)處理算法的研究，利用高級(jí)語(yǔ)言編寫算法軟件來(lái)完成系統(tǒng)要求，從開(kāi)發(fā)復(fù)雜的硬件平臺(tái)中解脫出來(lái)，降低了整個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短了開(kāi)發(fā)周期。本文介紹一種通用的G4數(shù)字信號(hào)處理硬件平臺(tái)，該平臺(tái)選用基于搶占式多任務(wù)VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為平臺(tái)的操作系統(tǒng)，它能管理各種獨(dú)立任務(wù)的執(zhí)行，每個(gè)任務(wù)能及時(shí)響應(yīng)外部事件并且能及時(shí)處理。它為整個(gè)雷達(dá)信號(hào)處理能實(shí)時(shí)完成處理提供了很好的系統(tǒng)軟件支持。
G4硬件平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
G4平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)
G4 DSP功能框圖如圖1所示。
圖1 G4 DSP功能框圖
如圖1 所示，G4 硬件平臺(tái)是一塊由4 片CPU組成的數(shù)字信號(hào)處理板， CPU是摩托羅拉公司PowerPC系列MPC7410 RISC的微處理器，處理器支持對(duì)稱多處理器技術(shù)( SMP) ，內(nèi)核時(shí)鐘500 MHz，包含多個(gè)運(yùn)算處理單元，支持哈佛結(jié)構(gòu)和指令流水線操作，具有SIMD特點(diǎn)，在一個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行8條指令；集成了128bit AltiVec執(zhí)行單元，14 GFLOPS數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速地完成卷積、FIR 濾波器和FFT等數(shù)字信號(hào)處理算法； 內(nèi)部總線是60X總線(32位地址總線和64位數(shù)據(jù)總線) ，100MHz的外圍設(shè)備總線速度，包含32kbyte一級(jí)指令Cache和數(shù)據(jù)Cache， 支持最高2Mbit的外部L2 CACHE，支持多種內(nèi)存尋址的內(nèi)存管理模式。每一個(gè)處理器與外圍I/O 接口通信通過(guò)CPC710 橋的PC I總線實(shí)現(xiàn)，處理器間通過(guò)64 bit、66MHz Intel 21555非透明PCI橋互聯(lián)，其峰值帶寬為528Mbyte / s。
G4平臺(tái)的基本特點(diǎn)
G4平臺(tái)的基本特點(diǎn)為：
(1) 每一節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立的， 包含大容量?jī)?nèi)存SDRAM (256 Mbyte) ， 16 Mbyte FLASH 用于存放系統(tǒng)B IT、用戶應(yīng)用程序和常數(shù)表等；
(2)每一節(jié)點(diǎn)包含Xilinx 7410XC95144XV PLD中斷控制器，節(jié)點(diǎn)間可以相互發(fā)中斷請(qǐng)求和中斷回應(yīng)，用于節(jié)點(diǎn)間通訊握手以及板內(nèi)與板外間的通信握手；
(3)每一節(jié)點(diǎn)包含RS232串口，用于對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行軟件調(diào)試；每一節(jié)點(diǎn)都有JTAG接口；節(jié)點(diǎn)2 和4提供了64 bit/66MHz PMC (PMC - IEEE P1386. 1) ，它是一種高速的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展PCI接口，可以用于擴(kuò)展為圖形卡、板間通信卡、高速通信(ATM、ISDN等)卡、多媒體、或用戶根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展使用，峰值傳輸帶寬為1 056 Mbyte / s；節(jié)點(diǎn)3帶有32 bit/33MHz PCI總線，用于板間通信，或作其他擴(kuò)展使用；
(4)節(jié)點(diǎn)1 提供VME64、100BaseT Ethernet (通過(guò)CPC710 上的32 bit/33 MHz PC I總線) ； VME64與板外的進(jìn)行通信，其峰值帶寬為80 Mbyte /s； Ethernet主要用來(lái)調(diào)試； 可以單獨(dú)或多用戶同時(shí)對(duì)G4DSP板的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試。
(5)節(jié)點(diǎn)間通過(guò)PC I橋互聯(lián)，通過(guò)PC I地址映射，每一節(jié)點(diǎn)都能“看見(jiàn)”對(duì)方的內(nèi)存，能直接對(duì)其
他節(jié)點(diǎn)內(nèi)存進(jìn)行讀寫；支持DMA傳輸，完成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速數(shù)據(jù)傳輸。
G4平臺(tái)支持的軟件
G4平臺(tái)的軟件支持是開(kāi)放和獨(dú)立的，不局限于某一種操作系統(tǒng)和某一種信號(hào)處理庫(kù)，為最大限度地保護(hù)用戶的軟件投資并快速上手開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，有利于算法的開(kāi)發(fā)。
(1)支持風(fēng)河公司的VxWorks/VxMP實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和VSPWorks DSP RTOS虛擬單處理器實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)人員面向單處理器系統(tǒng)編寫的源代碼，可在任意數(shù)量的處理器上執(zhí)行。VSPWorks會(huì)協(xié)調(diào)好處理器之間的一切通信機(jī)制，最多可以支持1 000個(gè)處理器；
(2)支持MPI軟件公司的VSI/Pro VSIPL和Dy 4Systems公司的IXLibs- AV數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)，專門針對(duì)MPC7410進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)字信號(hào)處理算法庫(kù)，包括FFT、FIR濾波器和圖像處理函數(shù)等，執(zhí)行效率高。
(3)節(jié)點(diǎn)間通信可以使用VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的共享內(nèi)存組件VxMP。VxMP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)駐留在所有CPU 的共享內(nèi)存區(qū)域， 最多支持20個(gè)CPU。MPI軟件公司的ChaMPIon/RT是一種實(shí)時(shí)消息傳遞接口標(biāo)準(zhǔn)，采用時(shí)間驅(qū)動(dòng)、事件驅(qū)動(dòng)、優(yōu)先權(quán)驅(qū)動(dòng)編程模式和混合編程模式，并采用了面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，它使MP I/RTAPI更易于使用。也可以使用RadStone公司專門為G4平臺(tái)開(kāi)發(fā)的消息傳遞接口RMP，充分利用硬件資源來(lái)進(jìn)行消息傳遞，是一種低消耗、高效的消息傳遞方式。它們主要用于不同處理器上不同任務(wù)間的通信、同步和互斥，執(zhí)行效率有所不同，都運(yùn)行在VxWorks系統(tǒng)的應(yīng)用層。
VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
VxWorks是美國(guó)風(fēng)河公司推出的一個(gè)具有微內(nèi)核、可裁剪的高性能、強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：
(1)VxWorks具有高度可剪裁的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，需極少的RAM空間和ROM空間，內(nèi)核與硬件無(wú)關(guān)，支持許多種嵌入式芯片，只需開(kāi)發(fā)與硬件有關(guān)的BSP包即可，用戶可以根據(jù)需要對(duì)VxWorks直接進(jìn)行配置和修改；
(2)VxWorks能快速高效地對(duì)多任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，支持中斷驅(qū)動(dòng)的優(yōu)先級(jí)搶占式調(diào)度和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度；任務(wù)間的通訊快速靈活，任務(wù)上下文切換快，切換時(shí)間確定；任務(wù)的狀態(tài)可以動(dòng)態(tài)地改變，可以在任意時(shí)刻改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先權(quán)、刪除任務(wù)等；任務(wù)也可以禁止由內(nèi)核調(diào)度；中斷延遲時(shí)間短，延遲時(shí)間確定，是微秒級(jí)的； VxWorks系統(tǒng)任務(wù)和應(yīng)用程序任務(wù)運(yùn)行在SuperMode模式，系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)銷小；
(3)VxWorks系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性和可靠性，某一任務(wù)運(yùn)行出錯(cuò)，操作系統(tǒng)掛起當(dāng)前出錯(cuò)的任務(wù)，在系統(tǒng)中的其他任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行，并可以恢復(fù)出錯(cuò)的任務(wù)；
( 4)VxWorks具有靈活方便的I/O系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序可以在用戶的任務(wù)堆棧中運(yùn)行，用戶可以隨意地添加設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，既可在VxWorks啟動(dòng)時(shí)添加設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，也可在應(yīng)用程序任務(wù)中隨時(shí)添加和刪除設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；
(5)VxWorks支持強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，提供了TCP /IP協(xié)議、UDP / IP、FTP和TFTP服務(wù)器以及遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用RPC等，可以用于宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的調(diào)試或其他的網(wǎng)絡(luò)通信，通過(guò)TCP / IP支持多宿主機(jī)對(duì)同一個(gè)目標(biāo)機(jī)進(jìn)行程序下載、調(diào)試，在G4平臺(tái)上可以配置成同一宿主機(jī)對(duì)多個(gè)CPU進(jìn)行程序下載、調(diào)試；
(6)提供一個(gè)直觀的、可視化的、用戶可擴(kuò)充的交叉集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Tornado；采用c / c + +語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，提供了高效交叉編譯器，編譯效率可達(dá)90%以上；Tornado IDE通過(guò)宿主機(jī)上的目標(biāo)服務(wù)器與目標(biāo)機(jī)的目標(biāo)代理進(jìn)行通信，可以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地下載應(yīng)用程序模塊；支持任務(wù)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)調(diào)試；任務(wù)級(jí)調(diào)試，被調(diào)試的任務(wù)暫停執(zhí)行，其他任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行，系統(tǒng)級(jí)調(diào)試每一個(gè)任務(wù)都停止執(zhí)行； Tornado IDE提供了多種純軟件調(diào)試工具:WindView (軟件邏輯分析儀)可以看到程序在動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的情況，如任務(wù)的狀態(tài)、占用CPU的時(shí)間等； Browser定時(shí)采樣工具，把采樣后的數(shù)據(jù)(如任務(wù)隊(duì)列、堆棧、占用內(nèi)存的大小等)進(jìn)行分析。Tornado能準(zhǔn)確定位開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序在硬件平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤狀態(tài)，幫助開(kāi)發(fā)者縮短開(kāi)發(fā)周期；嵌入式VxWorks作為G4硬件平臺(tái)的操作系統(tǒng)是較好的選擇。
在雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用
雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理主要是通過(guò)高速A /D采集雷達(dá)正交基帶回波信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)字脈沖壓縮處理、雜波抑制、恒虛警和目標(biāo)檢測(cè)，最后把目標(biāo)信息數(shù)據(jù)傳送給雷達(dá)終端進(jìn)行顯示。采用高速A /D采集雷達(dá)回波信號(hào)，和VxWorks完成大容量數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)性處理管理，合理劃分任務(wù)和安排處理時(shí)序是成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
基帶信號(hào)采集
回波信號(hào)的采集使用Interactive 電路與系統(tǒng)公司的ICS - 554四通道14bit A /D數(shù)據(jù)采集卡，可以用內(nèi)部或外部時(shí)鐘采樣，最小采樣率30MHz，最高采樣率105MHz，內(nèi)部和外部?jī)煞N觸發(fā)信號(hào)；標(biāo)準(zhǔn)的PMC 接口，帶1M邏輯門FPGA 的64bit/66MHzQL5064 PCI總線接口芯片，支持master/ target DMA突發(fā)傳輸方式，未使用完的FPGA資源可根據(jù)用戶的需要配置使用；兩片64 K ×72 bit FIFO緩存，可以編程控制進(jìn)行單通道數(shù)據(jù)采集，兩通道或四通道同時(shí)采集，每?jī)赏ǖ栏髡家黄現(xiàn)IFO，每片最大采樣128 K點(diǎn)，單通道最大各采樣256 K點(diǎn)；采用捕獲和持續(xù)兩種采樣模式，在捕獲模式每一次觸發(fā)采樣點(diǎn)數(shù)和(在FIFO緩存大小內(nèi))總的采樣點(diǎn)數(shù)，然后向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，要求從CPU從緩存中取走已采樣的數(shù)據(jù)都是可編程的；為多種操作系統(tǒng)提供了驅(qū)動(dòng)程序，如Win2dowsNT、Windows 2000、Windows XP和VxWorks實(shí)時(shí)操作系。ICS - 554的功能框圖如圖2所示。
圖2 ICS - 554框圖
在實(shí)際應(yīng)用中， ICS - 554插在節(jié)點(diǎn)4的PMC標(biāo)準(zhǔn)接口上，采用10 kHz主觸發(fā)脈沖作為外觸發(fā)信號(hào)， 30MHz采樣時(shí)鐘， I、Q兩路采樣，每一個(gè)主觸發(fā)脈沖采樣2 048點(diǎn)，每一個(gè)CP I周期內(nèi)要求采88個(gè)主觸發(fā)脈沖周期的數(shù)據(jù)。考慮到每一路F IFO最大只能采256K點(diǎn)和DMA 方式下PC I總線的實(shí)際傳輸率，保證每一個(gè)CPI的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失和FIFO不會(huì)溢出，采用每42個(gè)主觸發(fā)脈沖周期就請(qǐng)求CPU開(kāi)始接收在F IFO 緩存中的數(shù)據(jù)，先接收完F IFO1 中的數(shù)據(jù)，再接收F IFO2 中的數(shù)據(jù)，以后循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，直到禁止A /D采樣為止。
時(shí)序安排
信號(hào)處理系統(tǒng)接收雷達(dá)終端發(fā)來(lái)的控制命令和正交回波信號(hào)經(jīng)過(guò)A /D采樣后的數(shù)字信號(hào)，雷達(dá)終端在CP I信號(hào)的下降沿通過(guò)VME總線發(fā)當(dāng)前CPI信號(hào)的控制命令到G4板的VME內(nèi)存映射空間，節(jié)點(diǎn)1把這些控制命令碼值拷貝到全局共享內(nèi)存，控制命令碼值包括模式碼，探測(cè)距離碼等值；然后通知節(jié)點(diǎn)4取出當(dāng)前模式碼，節(jié)點(diǎn)4根據(jù)模式碼對(duì)ICS- 554進(jìn)行配置和允許ICS - 554開(kāi)始采數(shù)并存入FIFO中。ICS - 554每采完44個(gè)主觸發(fā)脈沖周期的數(shù)據(jù)后，向節(jié)點(diǎn)4發(fā)中斷請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)4接到請(qǐng)求后通過(guò)節(jié)點(diǎn)1的全局共享內(nèi)存查詢當(dāng)前控制命令，接著根據(jù)模式碼配置QL5064的DMA控制器。目標(biāo)內(nèi)存是節(jié)點(diǎn)1上的共享內(nèi)存，啟動(dòng)DMA傳輸，把A /D采樣存入FIFO 中的數(shù)據(jù)傳給節(jié)點(diǎn)1， DMA傳輸完成后，節(jié)點(diǎn)4向節(jié)點(diǎn)1發(fā)出中斷請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)1響應(yīng)請(qǐng)求后，查詢?nèi)止蚕韮?nèi)存的控制命令，根據(jù)模式碼開(kāi)始進(jìn)行脈沖壓縮、雜波抑制、恒虛警和目標(biāo)檢測(cè)等信號(hào)處理。信號(hào)處理完后通過(guò)VME總線把目標(biāo)信息數(shù)據(jù)傳送到VME空間，通知雷達(dá)終端取走目標(biāo)和狀態(tài)信息；其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)也是通過(guò)節(jié)點(diǎn)4以DMA方式傳到內(nèi)存中進(jìn)行處理，處理方法與節(jié)點(diǎn)1相似，只是節(jié)點(diǎn)2、3和4的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)先傳到節(jié)點(diǎn)1，然后由節(jié)點(diǎn)1通過(guò)VME總線傳給雷達(dá)終端，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都獨(dú)立處理一個(gè)CP I周期的數(shù)據(jù)。從A /D FIFO緩存中傳數(shù)到各節(jié)點(diǎn)的順序和信號(hào)處理順序時(shí)序如圖3所示。
圖3 時(shí)序圖
在一個(gè)CP I周期內(nèi)，第一個(gè)陰影部分表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)前42個(gè)主觸發(fā)周期內(nèi)A /D采樣完成后由FIFO的DMA傳數(shù)到節(jié)點(diǎn)內(nèi)存的時(shí)間，第二個(gè)陰影部分是后42個(gè)主觸發(fā)周期內(nèi)A /D采樣完成后由FIFO的DMA傳數(shù)到節(jié)點(diǎn)內(nèi)存的時(shí)間，但是由于采用DMA傳輸方式，不會(huì)占用CPU處理時(shí)間(除了中斷來(lái)時(shí)很短暫地打斷CPU的處理) ，相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸率比相對(duì)節(jié)點(diǎn)的傳輸率高。
任務(wù)劃分
劃分任務(wù)的原則是能夠在每個(gè)CPI周期內(nèi)實(shí)時(shí)的接收雷達(dá)終端控制命令，并能接收經(jīng)過(guò)A /D采樣的正交I、Q兩路回波信號(hào)，最后及時(shí)地把處理完成后的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)傳給雷達(dá)終端。節(jié)點(diǎn)1負(fù)責(zé)接收本節(jié)點(diǎn)的A /D采樣數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，并把處理后的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)2、3和4傳來(lái)的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)傳到VME空間，通知雷達(dá)終端及時(shí)取走數(shù)據(jù)。因此在節(jié)點(diǎn)1上劃分為6個(gè)任務(wù):從節(jié)點(diǎn)4接收A /D采樣數(shù)據(jù)任務(wù)，優(yōu)先級(jí)最高； 接收節(jié)點(diǎn)2、3和4的目標(biāo)數(shù)據(jù)并能及時(shí)送給雷達(dá)終端的任務(wù)優(yōu)先級(jí)較高， 3個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同；系統(tǒng)開(kāi)機(jī)和模式轉(zhuǎn)換時(shí)查詢命令任務(wù)的優(yōu)先級(jí)次高，能及時(shí)響應(yīng)命令并能送給節(jié)點(diǎn)4，重新對(duì)ICS - 554進(jìn)行新的工作模式的配置；信號(hào)處理任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低，它能保證本節(jié)點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理完成的同時(shí)，不會(huì)影響其它任務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。
節(jié)點(diǎn)4主要完成管理ICS - 554 A /D數(shù)據(jù)采集和查詢模式碼。數(shù)據(jù)采集任務(wù)配置ICS - 554 AD傳送采集后的數(shù)據(jù)到本節(jié)點(diǎn)和其它節(jié)點(diǎn)，并通知它們開(kāi)始處理數(shù)據(jù)，該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高；模式切換任務(wù)在模式切換時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)1發(fā)來(lái)的控制命令并根據(jù)模式碼對(duì)A /D進(jìn)行編程控制，該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)次高；信號(hào)處理任務(wù)保證節(jié)點(diǎn)4在接收到新的一幀數(shù)據(jù)來(lái)之前必須完成前一幀數(shù)據(jù)處理，每個(gè)CPI周期內(nèi)，A /D每采集44個(gè)主觸發(fā)周期的數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生的中斷要打斷信號(hào)處理任務(wù)2次，造成該任務(wù)切換頻繁，信號(hào)處理時(shí)間拉長(zhǎng)，因此編寫算法程序時(shí)一定要考慮節(jié)約處理時(shí)間，最后向節(jié)點(diǎn)1發(fā)中斷請(qǐng)求，通過(guò)DMA方式把目標(biāo)數(shù)據(jù)傳給節(jié)點(diǎn)1，再傳給雷達(dá)終端，該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低。
節(jié)點(diǎn)2和3接收A /D 數(shù)據(jù)采集任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高，并在此任務(wù)中查詢模式碼。信號(hào)處理任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低，處理完成后的目標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)DMA方式傳到節(jié)點(diǎn)1，再傳給雷達(dá)終端。該雷達(dá)信號(hào)處理涉及多種工作模式，這里只介紹了一種簡(jiǎn)單工作模式任務(wù)劃分，其它模式的任務(wù)劃分不在此贅述。
開(kāi)發(fā)中應(yīng)注意的主要問(wèn)題
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于采用了RMP庫(kù)，它與ICS -554的驅(qū)動(dòng)程序沖突，導(dǎo)致ICS - 554不能正常工作，并且RMP庫(kù)的通用性強(qiáng)，占用的系統(tǒng)資源多，實(shí)時(shí)性也相對(duì)較差。在實(shí)際應(yīng)用中作者根據(jù)具體開(kāi)發(fā)的需要充分利用G4節(jié)點(diǎn)間中斷握手和共享內(nèi)存的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了適合自己的節(jié)點(diǎn)間通信庫(kù)，提高了資源的利用率并降低了通信時(shí)間，提高了數(shù)字信號(hào)處理實(shí)時(shí)處理能力。
數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)最好選用IXLibs- AV，該庫(kù)和VSIPL庫(kù)都針對(duì)MPC7410的AltiVec技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化編寫的。IXL ibs- AV 庫(kù)函數(shù)涉及矢量運(yùn)算更底層些，處理速度比VSIPL 更快，但對(duì)程序員的要求較高； VSIPL 庫(kù)通用性較高，對(duì)程序要求低，但是處理速度較慢，并且在運(yùn)行過(guò)程中， VSIPL 庫(kù)有時(shí)會(huì)把G4板上引導(dǎo)FALSH中的引導(dǎo)程序沖掉，導(dǎo)致G4板不能啟動(dòng)。
節(jié)點(diǎn)間的通信盡量采用“寫”方式，寫數(shù)速度比讀數(shù)速度快；并且往相鄰節(jié)點(diǎn)寫數(shù)速度比相對(duì)節(jié)點(diǎn)寫數(shù)快， ICS - 554的DMA引擎從F IFO傳輸數(shù)據(jù)到本節(jié)點(diǎn)速度最快；節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)避免總線沖突。
G4板上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理程序最好是獨(dú)立、不相同的，不但占有的系統(tǒng)資源少而且處理速度快； 4個(gè)節(jié)點(diǎn)處理程序既可以從節(jié)點(diǎn)1上的User Flash中引導(dǎo)，也可以從各自的User Flash中引導(dǎo)。G4板元器件密度大，發(fā)熱量大， G4板的散熱處理是平臺(tái)穩(wěn)定、可靠工作的前提條件。
結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)G4硬件平臺(tái)和搶占式多任務(wù)VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)合使用，成功地實(shí)現(xiàn)了某雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理，這種解決方案也可在聲納、通信等要求極高的數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域
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