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隨著電子計算機技術及電子設備的飛速發展，人們對數據的處理容量、處理速度以及工作平臺的實時監控等性能的要求越來越高，從而使得高速、便捷、智能化的高性能數字處理設備成為當今電子設備的發展趨勢。 由于一些氣象雷達站一般地處環境與氣候惡劣的偏遠地區。雷達站內雷達信號處理系統的檢測與維修存在一定的難度。當系統出現故障要進行檢修時，由于地理環境的限制，檢修在時間上會有一定的拖延，人們希望對于非硬件電路損壞的故障，能夠通過軟件平臺進行監控，并通過軟件來及時對系統進行維護與系統恢復。該軟件設計的目的就是為了避開雷達系統存在著一定的機械性和不方便性的缺點來完善該雷達信號處理系統。該軟件利用VC++的友好界面來實現PC機、DSP、HSP(硬件信號處理器)之間通信的可視化，利用PC機最終監控大氣雷達信號處理系統中的核心部件HSP。此外，還解決了特定外部設備與PC機之間的海量數據傳輸問題，實現了DSP與PC機之間的優勢互補。此軟件平臺具有一定的通用性，可以通過主機選擇對不同的硬件系統的操作，下載不同的數據處理算法到DSP芯片中等，同時也可為其它不同型號DSP芯片開發軟件平臺提供一定參考。該軟件構建了一個界面友好、實時性強、操控方便的信號處理系統，簡化了測試人員的工作，同時降低了系統檢修的頻率，雷達信號處理器的性能得到了比較大的提高。 1 系統硬件組成及功能 整個系統的硬件結構，如圖1所示，其中核心部件主要有：硬件信號處理器(Hardware SignalProcessing，HSP)、Daytona板及PC機。HSP主要完成中頻I／Q數據采集、接收機、發射機控制以及定時信號產生等功能，其性能的好壞直接影響到整個雷達系統的正常運行。 Daytona板是Spectrum公司生產的DSP開發板，它的主要功能是對HSP采集的大量回波數據進行高速處理后并傳送給PC機，同時處理來自PC機的數據并傳送給HSP，它主要由以下幾個部分組成：兩片TMS320C6701 DSP、3片hurricane橋、一片DEC21153 PCI橋、3塊I／O接口芯片(PEMSites、PMC Sites以及DSP－LINK3)、一片主機接口芯片HPI、128 k×32－bitSSRAM、4 M×32－bitSDRAM以及8 k×32－bit雙口RAM等，其硬件結構，如圖2所示。 2 基于VC++平臺的軟件設計 該軟件平臺的目的用軟件來模擬一塊基于PC機的硬件信號處理定時板卡，此硬件信號處理定時板卡是中國新一代多普勒氣象雷達CINRAN CA和CINRAN CB系統核心部件之一，這就可以避開雷達系統存在一定的機械性及不方便性的缺點。該平臺的主要功能是對Daytona板和HSP(硬件信號處理器)進行測試和控制。 2．1 軟件設計思想 HSP接收并處理來自A／D變換器的數據，然后送往由雙C6X DSP芯片構成的Daytona板進行處理。由兩片DSP芯片來處理來自于HSP的大量的回波數據，不僅提高了數據的處理速度，而且在存儲容量上也有一定的提高。經DSP芯片處理后的數據可以通過PCI總線存儲到PC機中，也可以通過DSP芯片來編寫無損壓縮算法將大量的I／O數據處理后進行壓縮，然后再存儲到PC機或者DSP中，這樣可以充分運用PC機平臺上豐富的軟件和硬件資源完成目標顯示、數據融合、參數設置等任務。該軟件利用VC++的友好界面顯示HSP的工作狀態，通過發中斷命令來實現PC機對HSP的控制與監測，從而實現了PC機與DSP、HSP之間的通信；同時，通過調用Daytona板的相關軟件，實現兩片DSP芯片之間的數據傳送及中斷等。 2．2 軟件設計的步驟 2．2．1 PC機與DSP之間的通信 PC機通過依次調用主機應用程序庫(ALIB_HOST)、內核接口庫以及設備驅動程序來和Daytona板中的DSP芯片進行通信；DSP首先調用C6X應用程序庫(ALIB_C6x)中的FTC6x_Init()函數對其進行初始化、設置外部存儲器的等待狀態以及頁面寄存器的配置等，然后通過調用DSP用戶程序實現與PC的通信。整個通信過程，如圖3所示。 2．2．2 Daytona內部兩片DSP之間通信過程 Daytona的兩片DSP之間的數據通信可以用中斷來控制，并有以下4種方式： (1)高速數據傳輸：由一片DSP的SSRAM經由局部PCI總線，采用Hurricane DMA傳輸方式傳輸到另一片DSP的SSRAM，數據傳輸完成后向目的DSP芯片SSI中斷寄存器發送信號； (2)低速數據傳輸：通過配置全局中斷來發送數據傳輸，并利用共享的雙口RAM通路來實現數據傳輸； (3)一片DSP的SSRAM與PCI設備(如PMC或PCI主機)之間的高速數據傳輸：采用HurricaneDMA傳輸方式將數據傳輸到PCI設備，傳輸完成后通過PCI中斷向PC機發送消息； (4)一片DSP的SSRAM到另一片DSP的任意資源之間的數據傳輸：首先將數據從一片DSP的SSRAM經由Hurricane x并采用Hurricane DMA傳輸到主機接口，然后再傳輸到另一片DSP的各部分資源。 2．2．3 DSP與HSP的通信過程 HSP上預留了一塊共享存儲區用來實現HSP與DSP之間的數據通信。HSP將控制字、脈沖重復頻率等數據傳輸到共享存儲區中，DSP通過HPI(主機接口)讀取數據，并根據這些參數作相應處理。同時，DSP可以向共享存儲區發送設備開始控制字、接收控制參數等數據，HSP讀取這些參數并作相應控制。另外，DSP也可將數據通過HPI接口傳輸到共存儲區與HSP接收的大量回波數據進行比較，從而進行性能分析。由于天空中采樣得到的的云圖數據量非常大，而DSP、HSP的存儲空間有限，所以可以在DSP中調用壓縮算法，將數據壓縮后再進行存儲，同時可以將使用頻率高的數據通過壓縮后存儲到DSP或者HSP中，從而提高了系統數據處理的速度。 2．3 軟件設計實現流程 首先將打開系統，對系統進行初始化，并對系統各資源進行復位；然后將算法代碼加載到DSP芯片中；獲得各部件資源句柄；將共享存儲區清零，同時設置相應的中斷方式。此后就可以將HSP接收并處理后的數據傳送到DSP中進行相應的處理，DSP處理后的數據再通過Hurricane傳送到PC機中存儲。同樣，PC機上的數據可以送往DSP芯片進行處理，處理后的數據再傳送給HSP，進行相應的性能分析等等。這樣就完成了整個通信過程。整個軟件設計流程，如圖4所示。該軟件具有一定的可擴充性，可以根據具體環境添加相應的功能模塊。部分相關界面，如圖4和圖5所示。圖4為通過VC編程來實現PC機與DSP進行通信的界面，圖5為測試PCI通道是否可以通信的界面。首先測試PCI通道是否可以通信，然后測試通道是否可以正確傳送數據。圖5顯示PCI是否可正常通信且傳送數據。通過VC的消息盒或者菜單顯示證明PCI通道可以通信并且能正確通信。通過軟件來監控PC機與DSP通信的界面，如圖4所示。 實現了PC機監控HSP、控制HSP的工作時序、監控HSP系統是否正常工作等。同時可以將DSP處理后的數據存儲到PC中。 3 結束語 文中針對HSP不方便測試和數據分析的缺點，設計了基于VC++的軟件測試平臺。該軟件應用于大氣雷達系統測試過程中，通過該平臺可以方便各雷達站操作人員對系統的檢測，做到準確及時地發現問題，有利于快速排除故障，從而提高設備的工作效率，減輕雷達站觀測人員的工作量。同時，可以編寫更為詳細的數據分析模塊，比如通過加噪或者對獲得的回掃數據進行分析等來對大氣云圖中的雨滴數進行分析，從而獲得更為準確的天氣情況。此外，該軟件具有一定的可擴展性，可以根據硬件的不斷升級進行相應模塊的添加和修改，最終形成一種通用的軟件平臺。 |
