高速數(shù)字記錄系統(tǒng)中光纖下載卡的邏輯設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)記錄及下載系統(tǒng)
如圖1所示，雷達(dá)信號(hào)預(yù)處理機(jī)將采樣到的信號(hào)進(jìn)行一系列處理工作，最后形成一路或多路的光纖數(shù)據(jù)，送交外面的兩個(gè)分支。一個(gè)分支是送交雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)，進(jìn)行真正的雷達(dá)信號(hào)實(shí)時(shí)分析處理。這個(gè)分支我們不關(guān)心。另一個(gè)分支是通過RocketIO傳送至一塊或多塊數(shù)據(jù)記錄板。

圖1 數(shù)據(jù)記錄及下載系統(tǒng)框圖

數(shù)據(jù)記錄在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，存儲(chǔ)到記錄設(shè)備后，有兩個(gè)用途，一是回放，即回放到雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)中，復(fù)現(xiàn)進(jìn)入時(shí)的情景；另一種是下載，即下載到本地微機(jī)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和處理。下載過程一般在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，下載方式有兩種，一種是網(wǎng)絡(luò)下載，另一種是光纖下載。

網(wǎng)絡(luò)下載的缺點(diǎn)是速度慢，受網(wǎng)絡(luò)帶寬和芯片處理能力的限制，其傳輸速率一般為30～60Mb/s。優(yōu)點(diǎn)是不需要額外的設(shè)備，只要設(shè)備支持網(wǎng)絡(luò)通信即可。本地微機(jī)作為主控機(jī)，控制下載并存放下載的數(shù)據(jù)。

光纖下載是將記錄設(shè)備的光口和專用的光纖下載卡互連，數(shù)據(jù)傳輸至光纖下載卡后，然后通過PCI總線轉(zhuǎn)存至主機(jī)硬盤上。光纖下載的優(yōu)點(diǎn)是下載速度快，采用Xilinx FPGA提供的高速串行鏈路IP核RocketIO，其下載速度可以達(dá)到2.5Gb/s，去掉開銷也能達(dá)到2Gb/s，即250Mb/s，比網(wǎng)絡(luò)下載提高了近一個(gè)數(shù)量級(jí)。缺點(diǎn)是普通微機(jī)沒有光口，需要額外的光纖下載設(shè)備，插入本地微機(jī)，和記錄設(shè)備對(duì)接，完成光纖下載。如圖1中的粗黑的光纖和64位/66M的PCI總線就是供光纖下載之用。

光纖下載卡結(jié)構(gòu)
圖2為光纖下載卡結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，光纖下載設(shè)備的和核心為一塊Xilinx的V2 pro系列FPGA，其外圍有兩組DDR，用于數(shù)據(jù)的緩存。為了和外部交換板的光口互連，還有一個(gè)光模塊。下載設(shè)備的另一端通過PCI總線和主機(jī)相連，主機(jī)可以是X86處理器或PPC處理器。

圖2 光纖下載卡結(jié)構(gòu)

可見下載設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)潔，其復(fù)雜之處在于FPGA內(nèi)部的邏輯的控制。在FPGA設(shè)計(jì)中，除需要例化MGT核，PCI核外還要設(shè)計(jì)控制邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂啤?/p>

數(shù)據(jù)傳輸一般來說有三種方式，包括程序直接控制方式、中斷控制方式和DMA方式。

程序直接控制方式就是由用戶進(jìn)程來直接控制內(nèi)存或CPU和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。它的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是CPU和外圍設(shè)備只能串行工作，CPU的大部分工作時(shí)間浪費(fèi)在對(duì)外部數(shù)據(jù)的讀取過程中，其利用率很低。