基于SmartModule的雷達(dá)嵌人式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)

1 引言

在傳統(tǒng)的艦載雷達(dá)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一般采用雙機(jī)(A，B機(jī))體制：A機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、跟蹤、解算，稱為任務(wù)計(jì)算機(jī);B機(jī)負(fù)責(zé)雷達(dá)綜合態(tài)勢(shì)與相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示與操控，同時(shí)完成對(duì)各種接口的操作，稱為人機(jī)接口計(jì)算機(jī)。A，B機(jī)之間通過(guò)共享存儲(chǔ)區(qū)交換數(shù)據(jù)。在這種系統(tǒng)中，雙機(jī)都采用軍用加固機(jī)，A機(jī)與雷達(dá)接口板、天線方位接口板等相連，而B機(jī)需要控制操作多種接口板卡，如顯示接口板、對(duì)外接口板、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)板、網(wǎng)絡(luò)接口板等。同時(shí)系統(tǒng)中還存在各種用于控制雷達(dá)分機(jī)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(jī)之間通過(guò)串口進(jìn)行通信。可見(jiàn)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)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(wú)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(dá)要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備的體積小、功能強(qiáng)、易于維護(hù)的特點(diǎn)，本文中，采用了SmartModule模塊、大規(guī)模FPGA和專用集成電路對(duì)傳統(tǒng)的雷達(dá)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了大膽改進(jìn)。新的系統(tǒng)具有組成板卡少、單板功能強(qiáng)、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、數(shù)據(jù)交換效率高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)。

2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與實(shí)現(xiàn)

新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由2個(gè)單板計(jì)算機(jī)組成。任務(wù)計(jì)算機(jī)與人機(jī)接口計(jì)算機(jī)的硬件構(gòu)成完全相同，他們通過(guò)內(nèi)部不同的軟件來(lái)完成各自的功能。任務(wù)計(jì)算機(jī)主要通過(guò)FPGA雷達(dá)接口采集數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)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(jī)接口計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)光柵顯示控制、雷達(dá)操控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、同時(shí)完成各種對(duì)外接口的操作。任務(wù)計(jì)算機(jī)與人機(jī)接口計(jì)算機(jī)通過(guò)雙口RAM、網(wǎng)絡(luò)或高速總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

如圖1所示，計(jì)算機(jī)板由SmartModule計(jì)算機(jī)模塊、顯示接口、對(duì)外接口、雷達(dá)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(qiáng)，原來(lái)很多接口板的功能現(xiàn)在全部和并在一塊計(jì)算機(jī)板上，這樣提高了系統(tǒng)的可靠性與易維護(hù)性，由于采用了網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)對(duì)外通信效率大大提高。

2.1SmartModule模塊簡(jiǎn)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(qiáng)大、易于后期加固、散熱處理等特點(diǎn)。

實(shí)際設(shè)計(jì)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(gè)串口：COMl，COM2;一個(gè)并口：LPTl;一個(gè)軟驅(qū)接口;兩個(gè)EIDE接口;兩個(gè)USB接口;PS/2鼠標(biāo)接口;IrDA接口;看門狗功能;定時(shí)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(jì)算機(jī)板的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)充，才能滿足作為雷達(dá)計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用。基于SmartModule的計(jì)算機(jī)板主要包含以下部分：

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

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

(2)對(duì)外接口 為了和其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊與操控，如GPS設(shè)備、導(dǎo)彈指揮儀、平臺(tái)羅徑、記程儀、觸摸屏、鼠標(biāo)等。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有普遍應(yīng)用時(shí)，保留多個(gè)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(kuò)展了8個(gè)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(gè)亮點(diǎn)。

(4)中斷擴(kuò)展 由于SmartModule模塊本身具有16級(jí)中斷，而且他內(nèi)部又使用了其中的大部分中斷，對(duì)用戶而言，可用的中斷數(shù)目較少，因此要對(duì)中斷進(jìn)行擴(kuò)充。系統(tǒng)采用FPGA對(duì)中斷進(jìn)行了擴(kuò)展。

(5)FPGA 完成雷達(dá)接口、數(shù)據(jù)檢測(cè)錄取、譯碼、中斷擴(kuò)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(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)SmartModule的簡(jiǎn)要介紹，結(jié)合工作中的實(shí)際情況，簡(jiǎn)單說(shuō)明了其在嵌入式雷達(dá)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。新的系統(tǒng)具有組成板卡少、單板功能強(qiáng)、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、數(shù)據(jù)交換效率高、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。已經(jīng)在某小型化雷達(dá)中得到實(shí)踐的驗(yàn)證，是雷達(dá)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一次有益的嘗試。