1 系統(tǒng)硬件組成及功能

　　整個(gè)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(hào)處理器(Hardware SignalProcessing，HSP)、Daytona板及PC機(jī)。HSP主要完成中頻I/Q數(shù)據(jù)采集、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)控制以及定時(shí)信號(hào)產(chǎn)生等功能，其性能的好壞直接影響到整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　Daytona板是Spectrum公司生產(chǎn)的DSP開(kāi)發(fā)板，它的主要功能是對(duì)HSP采集的大量回波數(shù)據(jù)進(jìn)行高速處理后并傳送給PC機(jī)，同時(shí)處理來(lái)自PC機(jī)的數(shù)據(jù)并傳送給HSP，它主要由以下幾個(gè)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(jī)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(tái)的軟件設(shè)計(jì)

　　該軟件平臺(tái)的目的用軟件來(lái)模擬一塊基于PC機(jī)的硬件信號(hào)處理定時(shí)板卡，此硬件信號(hào)處理定時(shí)板卡是中國(guó)新一代多普勒氣象雷達(dá)CINRAN CA和CINRAN CB系統(tǒng)核心部件之一，這就可以避開(kāi)雷達(dá)系統(tǒng)存在一定的機(jī)械性及不方便性的缺點(diǎn)。該平臺(tái)的主要功能是對(duì)Daytona板和HSP(硬件信號(hào)處理器)進(jìn)行測(cè)試和控制。

　　2.1 軟件設(shè)計(jì)思想

　　HSP接收并處理來(lái)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(jìn)行處理。由兩片DSP芯片來(lái)處理來(lái)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(chǔ)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(guò)PCI總線存儲(chǔ)到PC機(jī)中，也可以通過(guò)DSP芯片來(lái)編寫(xiě)無(wú)損壓縮算法將大量的I/O數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行壓縮，然后再存儲(chǔ)到PC機(jī)或者DSP中，這樣可以充分運(yùn)用PC機(jī)平臺(tái)上豐富的軟件和硬件資源完成目標(biāo)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(guò)發(fā)中斷命令來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)HSP的控制與監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與DSP、HSP之間的通信;同時(shí)，通過(guò)調(diào)用Daytona板的相關(guān)軟件，實(shí)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(jì)的步驟

　　2.2.1 PC機(jī)與DSP之間的通信

　　PC機(jī)通過(guò)依次調(diào)用主機(jī)應(yīng)用程序庫(kù)(ALIB_HOST)、內(nèi)核接口庫(kù)以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)和Daytona板中的DSP芯片進(jìn)行通信;DSP首先調(diào)用C6X應(yīng)用程序庫(kù)(ALIB_C6x)中的FTC6x_Init()函數(shù)對(duì)其進(jìn)行初始化、設(shè)置外部存儲(chǔ)器的等待狀態(tài)以及頁(yè)面寄存器的配置等，然后通過(guò)調(diào)用DSP用戶程序?qū)崿F(xiàn)與PC的通信。整個(gè)通信過(guò)程，如圖3所示。

　　2.2.2 Daytona內(nèi)部?jī)善珼SP之間通信過(guò)程

　　Daytona的兩片DSP之間的數(shù)據(jù)通信可以用中斷來(lái)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(hào);

　　(2)低速數(shù)據(jù)傳輸：通過(guò)配置全局中斷來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸，并利用共享的雙口RAM通路來(lái)實(shí)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(jī))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(guò)PCI中斷向PC機(jī)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(jī)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(guò)程

　　HSP上預(yù)留了一塊共享存儲(chǔ)區(qū)用來(lái)實(shí)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?chǔ)區(qū)中，DSP通過(guò)HPI(主機(jī)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(shí)，DSP可以向共享存儲(chǔ)區(qū)發(fā)送設(shè)備開(kāi)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(guò)HPI接口傳輸?shù)焦泊鎯?chǔ)區(qū)與HSP接收的大量回波數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而進(jìn)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(chǔ)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(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)可以將使用頻率高的數(shù)據(jù)通過(guò)壓縮后存儲(chǔ)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(jì)實(shí)現(xiàn)流程

　　首先將打開(kāi)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，并對(duì)系統(tǒng)各資源進(jìn)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(chǔ)區(qū)清零，同時(shí)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(jìn)行相應(yīng)的處理，DSP處理后的數(shù)據(jù)再通過(guò)Hurricane傳送到PC機(jī)中存儲(chǔ)。同樣，PC機(jī)上的數(shù)據(jù)可以送往DSP芯片進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)再傳送給HSP，進(jìn)行相應(yīng)的性能分析等等。這樣就完成了整個(gè)通信過(guò)程。整個(gè)軟件設(shè)計(jì)流程，如圖4所示。該軟件具有一定的可擴(kuò)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(guò)VC編程來(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP進(jìn)行通信的界面，圖5為測(cè)試PCI通道是否可以通信的界面。首先測(cè)試PCI通道是否可以通信，然后測(cè)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(guò)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(guò)軟件來(lái)監(jiān)控PC機(jī)與DSP通信的界面，如圖4所示。

　　實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)監(jiān)控HSP、控制HSP的工作時(shí)序、監(jiān)控HSP系統(tǒng)是否正常工作等。同時(shí)可以將DSP處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到PC中。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　文中針對(duì)HSP不方便測(cè)試和數(shù)據(jù)分析的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于VC++的軟件測(cè)試平臺(tái)。該軟件應(yīng)用于大氣雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)該平臺(tái)可以方便各雷達(dá)站操作人員對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)，做到準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(dá)站觀測(cè)人員的工作量。同時(shí)，可以編寫(xiě)更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析模塊，比如通過(guò)加噪或者對(duì)獲得的回掃數(shù)據(jù)進(jìn)行分析等來(lái)對(duì)大氣云圖中的雨滴數(shù)進(jìn)行分析，從而獲得更為準(zhǔn)確的天氣情況。此外，該軟件具有一定的可擴(kuò)展性，可以根據(jù)硬件的不斷升級(jí)進(jìn)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(tái)。