基于DSP和FPGA的衛星測控多波束系統設計

四、DSP模塊設計

1.DSP模塊功能
　　
系統使用一個C尺寸VXI標準機箱，插槽包括0槽、DSP模塊和波束合成模塊。DSP模塊負責測向和波束合成權值的計算，波束合成模塊將原始數據和權值進行波束合成，模塊之間的數據交換使用LBUS。控制終端（微機）通過VXI總線給DSP模塊發送命令，DSP模塊以外部中斷2的方式響應接收命令并實現控制中斷的對系統的控制，命令格式由內部協議規定。
　　
根據系統需求，DSP模塊要完成以下6個功能：
　　
(1) 接收原始數據和合成結果
　　
數據采集部分是由波束合成模塊完成的，DSP模塊定時器每500 ms接收一次原始數據和結果數據，并在500 ms內完成測向和波束合成權值的計算。數據交換按照兩個模塊制定的內部協議來執行。
　　
(2)自動跟蹤
　　
系統初始或一般狀態為自動跟蹤狀態，來波的初始方位區域已給定，DSP模塊每500 ms測向一次從而保證了系統能夠緊跟信號來向。
　　
(3)多次測向
　　
考慮到實際信號中存在的干擾和誤差，取多次測向中的平均值來作為實測方向。
　　
(4)指定來波方向
　　
指定來波方向后直接計算波束合成的權值，此時不利用接收的原始信號而是自己產生信號來進行波束合成權值的計算。
　　
(5)顯示通道波形或幅相差
　　
DSP板將幅相差的數據回傳給控制終端后并在終端計算機上顯示。
　　
(6)顯示合成結果
　　
DSP模塊將波束合成的權值傳輸給波束合成模塊，波束合成模塊將權值和原始數據合成后回傳過來并在控制終端上顯示。
　　
DSP模塊程序框圖如圖3所示。



2.DSP模塊結構
　　
接收衛星信號的陣列天線為6×6的面陣，多通道接收機完成信號的采樣，再經過數字下變頻，送到處理單元的是36個通道的I、Q兩路共72路數據。由于陣列信號的數據量大，算法也比較復雜，我們需要使用2片TS101S芯片并行處理來實現。
　　
并行系統的互連結構包括2種方式：共享存儲器結構和分布式結構。共享存儲器結構的連接方式是將所有的處理器都連到一個通道上，該通道一般是一種背板總線（如VXI總線），它既可以作為處理器間的通信媒介也可以作為處理器和共享存儲器間的數據通信。這種結構數據傳輸的帶寬遠遠大于直接連接的通信端口，但是存在著總線競爭問題，隨著處理器數目的增加，處理器平均的總線帶寬會降低，影響數據吞吐量。分布式結構處理器之間通過鏈路口進行直接的數據傳輸，鏈路口在處理器之間提供了高寬帶的點對點通信。這種連接完全為了處理器之間的通信，但是在數據傳輸時會占用其他DSP芯片的內部資源。
　　
TigerSHARC DSP芯片硬件上可以同時支持這兩種并行體系結構，前者通過共享外部地址數據控制總線方式實現，后者通過DSP間的專用的鏈路口點對點的互連實現。本文所設計的DSP模塊結構從通信網絡的連接關系來看，既是共享總線系統，又是分布式系統，兩片DSP芯片的外部地址總線、數據總線、控制總線直接相連，并且一起通過總線接口連接到VXI總線上，實現和其他模塊的數據通信。由于每片DSP內部有6 Mbit的雙口RAM，因此不需要外部數據存儲器。DSP A和DSP B的鏈路口也直接相連，兩片DSP可以通過鏈路口交換數據。DSP模塊程序采用EPROM方式引導，兩片DSP共用一片548K×8bit的FLASH DSM2150作為程序存儲器。DSP模塊框圖如圖4所示。