基于SmartModule的雷達嵌人式計算機設(shè)計

1 引言

    在傳統(tǒng)的艦載雷達計算機系統(tǒng)中，一般采用雙機(A，B機)體制：A機負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、跟蹤、解算，稱為任務(wù)計算機；B機負(fù)責(zé)雷達綜合態(tài)勢與相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示與操控，同時完成對各種接口的操作，稱為人機接口計算機。A，B機之間通過共享存儲區(qū)交換數(shù)據(jù)。在這種系統(tǒng)中，雙機都采用軍用加固機，A機與雷達接口板、天線方位接口板等相連，而B機需要控制操作多種接口板卡，如顯示接口板、對外接口板、數(shù)據(jù)存儲板、網(wǎng)絡(luò)接口板等。同時系統(tǒng)中還存在各種用于控制雷達分機的小系統(tǒng)，如伺服系統(tǒng)；提供艦艇經(jīng)緯度信息的GPS系統(tǒng)，這些小系統(tǒng)與B機之間通過串口進行通信?？梢?，傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)組成板卡多、各板卡功能單一、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、且數(shù)據(jù)交換效率低，在多批目標(biāo)的情況下，可能無法完成數(shù) 據(jù)交換與跟蹤結(jié)算。

    為了適應(yīng)現(xiàn)代雷達要求計算機系統(tǒng)具備的體積小、功能強、易于維護的特點，本文中，采用了SmartModule模塊、大規(guī)模FPGA和專用集成電路對傳統(tǒng)的雷達計算機系統(tǒng)進行了大膽改進。新的系統(tǒng)具有組成板卡少、單板功能強、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、數(shù)據(jù)交換效率高、可擴展性強、成本低的特點。

2 計算機系統(tǒng)的組成與實現(xiàn)

    新的計算機系統(tǒng)由2個單板計算機組成。任務(wù)計算機與人機接口計算機的硬件構(gòu)成完全相同，他們通過內(nèi)部不同的軟件來完成各自的功能。任務(wù)計算機主要通過FPGA雷達接口采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行目標(biāo)檢測錄取，跟蹤解算。由于采用了高速CPU與大規(guī)模FPGA，極大地提高了數(shù)據(jù)的處理能力與速度。人機接口計算機負(fù)責(zé)光柵顯示控制、雷達操控、數(shù)據(jù)存儲、同時完成各種對外接口的操作。任務(wù)計算機與人機接口計算機通過雙口RAM、網(wǎng)絡(luò)或高速總線進行數(shù)據(jù)交換。

     如圖1所示，計算機板由SmartModule計算機模塊、顯示接口、對外接口、雷達操控、電子盤、網(wǎng)絡(luò)、雙口RAM、FPGA等部分構(gòu)成。很明顯，與老的系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)的組成板卡大大減少，集成度增強，原來很多接口板的功能現(xiàn)在全部和并在一塊計算機板上，這樣提高了系統(tǒng)的可靠性與易維護性，由于采用了網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)對外通信效率大大提高。

2.1SmartModule模塊簡介

    SmartModule模塊是瑞士數(shù)字邏輯(Digital-Logic)公司的小型化單片PC系統(tǒng)單元，類似現(xiàn)今世界流行的單芯片系統(tǒng)SOC(SystemOnChip)，與標(biāo)準(zhǔn)PC／AT兼容。他具有模塊化、系列化、結(jié)構(gòu)小巧、功能強大、易于后期加固、散熱處理等特點。
 
    實際設(shè)計中采用SmartModuleP5PC-266模塊，構(gòu)成框圖如圖2所示，外觀如圖3所示。具體技術(shù)指標(biāo)如下：

    處理器：P5 266MHz；電源：5 V；Cache：256K；內(nèi)存：64M；兩個串口：COMl，COM2；一個并口：LPTl；一個軟驅(qū)接口；兩個EIDE接口；兩個USB接口；PS／2鼠標(biāo)接口；IrDA接口；看門狗功能；定時器功能；鍵盤控制器；顯示接口：69000具有2M顯存；聲卡；支持兩種總線；ISA和PCI；外形尺寸：85X66X14mm。

2．2 基于SmartModule的計算機板的設(shè)計簡介

    SmartModule雖然兼容PC／AT系統(tǒng)，但其本身的功能還不完備，還需要進行相應(yīng)的擴充，才能滿足作為雷達計算機的嵌入式應(yīng)用。基于SmartModule的計算機板主要包含以下部分：

     SmartModuleP5PC-266模塊、雷達操控接口、顯示接口、電子盤、雙口RAM、對外接口、網(wǎng)絡(luò)接口、中斷擴展等。下面簡要介紹其主要部分：

(1)電子盤 大容量的存儲空間是進行系統(tǒng)軟件安裝、程序調(diào)試、數(shù)據(jù)存儲所必需的，因此系統(tǒng)采用M-system公司的DOC2000系列電子盤進行擴展，存儲容量2M～1GB。DOC系列電子盤尺寸小、接口簡單、容量大，已成為嵌入式應(yīng)用的首選存儲類型。DOC2000外觀如圖4所示。

(2)對外接口 為了和其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)通訊與操控，如GPS設(shè)備、導(dǎo)彈指揮儀、平臺羅徑、記程儀、觸摸屏、鼠標(biāo)等。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)沒有普遍應(yīng)用時，保留多個串、井口供用戶使用是必須的。因此系統(tǒng)采用TI公司的TLl6C554芯片在板上擴展了8個RS232／422串口。

(3)網(wǎng)絡(luò)接口 采用Intel公司的82559雙冗余的10／100M自適應(yīng)網(wǎng)卡是本系統(tǒng)的一個亮點。

(4)中斷擴展 由于SmartModule模塊本身具有16級中斷，而且他內(nèi)部又使用了其中的大部分中斷，對用戶而言，可用的中斷數(shù)目較少，因此要對中斷進行擴充。系統(tǒng)采用FPGA對中斷進行了擴展。

(5)FPGA 完成雷達接口、數(shù)據(jù)檢測錄取、譯碼、中斷擴展等功能。大規(guī)模的可編程邏輯器件的使用大大節(jié)省了空間，提高了效率。

3 結(jié) 語

     本文通過對SmartModule的簡要介紹，結(jié)合工作中的實際情況，簡單說明了其在嵌入式雷達計算機系統(tǒng)中的設(shè)計應(yīng)用。新的系統(tǒng)具有組成板卡少、單板功能強、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、數(shù)據(jù)交換效率高、可擴展性強的特點。已經(jīng)在某小型化雷達中得到實踐的驗證，是雷達計算機系統(tǒng)的一次有益的嘗試。