基于VC++雷達信號系統(tǒng)軟件測試平臺的設(shè)計

隨著電子計算機技術(shù)及電子設(shè)備的飛速發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)的處理容量、處理速度以及工作平臺的實時監(jiān)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(shù)字處理設(shè)備成為當今電子設(shè)備的發(fā)展趨勢。

由于一些氣象雷達站一般地處環(huán)境與氣候惡劣的偏遠地區(qū)。雷達站內(nèi)雷達信號處理系統(tǒng)的檢測與維修存在一定的難度。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障要進行檢修時，由于地理環(huán)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(jiān)控，并通過軟件來及時對系統(tǒng)進行維護與系統(tǒng)恢復(fù)。該軟件設(shè)計的目的就是為了避開雷達系統(tǒng)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(tǒng)。該軟件利用VC++++的友好界面來實現(xiàn)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(jiān)控大氣雷達信號處理系統(tǒng)中的核心部件HSP。此外，還解決了特定外部設(shè)備與PC機之間的海量數(shù)據(jù)傳輸問題，實現(xiàn)了DSP與PC機之間的優(yōu)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(tǒng)的操作，下載不同的數(shù)據(jù)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(fā)軟件平臺提供一定參考。該軟件構(gòu)建了一個界面友好、實時性強、操控方便的信號處理系統(tǒng)，簡化了測試人員的工作，同時降低了系統(tǒng)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(tǒng)硬件組成及功能

整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)采集、接收機、發(fā)射機控制以及定時信號產(chǎn)生等功能，其性能的好壞直接影響到整個雷達系統(tǒng)的正常運行。

Daytona板是Spectrum公司生產(chǎn)的DSP開發(fā)板，它的主要功能是對HSP采集的大量回波數(shù)據(jù)進行高速處理后并傳送給PC機，同時處理來自PC 機的數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2 基于VC++平臺的軟件設(shè)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(tǒng)核心部件之一，這就可以避開雷達系統(tǒng)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(shè)計思想

HSP接收并處理來自A/D變換器的數(shù)據(jù)，然后送往由雙C6X DSP芯片構(gòu)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(shù)據(jù)，不僅提高了數(shù)據(jù)的處理速度，而且在存儲容量上也有一定的提高。經(jīng)DSP芯片處理后的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)融合、參數(shù)設(shè)置等任務(wù)。該軟件利用VC++的友好界面顯示HSP的工作狀態(tài)，通過發(fā)中斷命令來實現(xiàn)PC機對HSP的控制與監(jiān)測，從而實現(xiàn)了PC機與DSP、HSP之間的通信;同時，通過調(diào)用Daytona板的相關(guān)軟件，實現(xiàn)兩片DSP芯片之間的數(shù)據(jù)傳送及中斷等。

2.2 軟件設(shè)計的步驟

2.2.1 PC機與DSP之間的通信

PC機通過依次調(diào)用主機應(yīng)用程序庫(ALIB_HOST)、內(nèi)核接口庫以及設(shè)備驅(qū)動程序來和Daytona板中的DSP芯片進行通信;DSP首先調(diào)用 C6X應(yīng)用程序庫(ALIB_C6x)中的FTC6x_Init()函數(shù)對其進行初始化、設(shè)置外部存儲器的等待狀態(tài)以及頁面寄存器的配置等，然后通過調(diào)用 DSP用戶程序?qū)崿F(xiàn)與PC的通信。整個通信過程，如圖3所示。

2.2.2 Daytona內(nèi)部兩片DSP之間通信過程

Daytona的兩片DSP之間的數(shù)據(jù)通信可以用中斷來控制，并有以下4種方式：

(1)高速數(shù)據(jù)傳輸：由一片DSP的SSRAM經(jīng)由局部PCI總線，采用Hurricane DMA傳輸方式傳輸?shù)搅硪黄珼SP的SSRAM，數(shù)據(jù)傳輸完成后向目的DSP芯片SSI中斷寄存器發(fā)送信號;

(2)低速數(shù)據(jù)傳輸：通過配置全局中斷來發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸，并利用共享的雙口RAM通路來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸;

(3)一片DSP的SSRAM與PCI設(shè)備(如PMC或PCI主機)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸：采用HurricaneDMA傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇CI設(shè)備，傳輸完成后通過PCI中斷向PC機發(fā)送消息;

(4)一片DSP的SSRAM到另一片DSP的任意資源之間的數(shù)據(jù)傳輸：首先將數(shù)據(jù)從一片DSP的SSRAM經(jīng)由Hurricane x并采用Hurricane DMA傳輸?shù)街鳈C接口，然后再傳輸?shù)搅硪黄珼SP的各部分資源。

2.2.3 DSP與HSP的通信過程

HSP上預(yù)留了一塊共享存儲區(qū)用來實現(xiàn)HSP與DSP之間的數(shù)據(jù)通信。HSP將控制字、脈沖重復(fù)頻率等數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦蚕泶鎯^(qū)中，DSP通過HPI(主機接口)讀取數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些參數(shù)作相應(yīng)處理。同時，DSP可以向共享存儲區(qū)發(fā)送設(shè)備開始控制字、接收控制參數(shù)等數(shù)據(jù)，HSP讀取這些參數(shù)并作相應(yīng)控制。另外，DSP也可將數(shù)據(jù)通過HPI接口傳輸?shù)焦泊鎯^(qū)與HSP接收的大量回波數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量非常大，而 DSP、HSP的存儲空間有限，所以可以在DSP中調(diào)用壓縮算法，將數(shù)據(jù)壓縮后再進行存儲，同時可以將使用頻率高的數(shù)據(jù)通過壓縮后存儲到DSP或者HSP 中，從而提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的速度。

2.3 軟件設(shè)計實現(xiàn)流程

首先將打開系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行初始化，并對系統(tǒng)各資源進行復(fù)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(qū)清零，同時設(shè)置相應(yīng)的中斷方式。此后就可以將HSP接收并處理后的數(shù)據(jù)傳送到DSP中進行相應(yīng)的處理，DSP處理后的數(shù)據(jù)再通過Hurricane傳送到PC機中存儲。同樣，PC機上的數(shù)據(jù)可以送往DSP芯片進行處理，處理后的數(shù)據(jù)再傳送給HSP，進行相應(yīng)的性能分析等等。這樣就完成了整個通信過程。整個軟件設(shè)計流程，如圖4所示。該軟件具有一定的可擴充性，可以根據(jù)具體環(huán)境添加相應(yīng)的功能模塊。部分相關(guān)界面，如圖4和圖5所示。圖4為通過VC編程來實現(xiàn)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(shù)據(jù)。圖5顯示PCI是否可正常通信且傳送數(shù)據(jù)。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(jiān)控PC機與DSP通信的界面，如圖4所示。[!--empirenews.page--]

實現(xiàn)了PC機監(jiān)控HSP、控制HSP的工作時序、監(jiān)控HSP系統(tǒng)是否正常工作等。同時可以將DSP處理后的數(shù)據(jù)存儲到PC中。

3 結(jié)束語

文中針對HSP不方便測試和數(shù)據(jù)分析的缺點，設(shè)計了基于VC++的軟件測試平臺。該軟件應(yīng)用于大氣雷達系統(tǒng)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(tǒng)的檢測，做到準確及時地發(fā)現(xiàn)問題，有利于快速排除故障，從而提高設(shè)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(shù)據(jù)分析模塊，比如通過加噪或者對獲得的回掃數(shù)據(jù)進行分析等來對大氣云圖中的雨滴數(shù)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(jù)硬件的不斷升級進行相應(yīng)模塊的添加和修改，最終形成一種通用的軟件平臺。