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一種基于FAS466的合成孔徑雷達高速數據記錄器的設計
摘要：介紹一種基于高性能SCSI總線(xiàn)處理器FAS466的專(zhuān)用高速合成孔徑雷達（SAR）數據存儲設備的設計。該設備可以脫離微機平臺時(shí)將SAR數據記錄到SCSI硬盤(pán)。給出了記錄器的系統結構和硬件、軟件設計方法。合成孔徑雷達(SAR)經(jīng)歷了從光學(xué)記錄成像到數字記錄成像，從低分辨率到高分辨率，從單通道、單極化到多通道、多極化，從單頻到多頻的發(fā)展過(guò)程。SAR系統的迅速發(fā)展，使SAR的數據量也急劇增多，普通的存儲器已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足SAR系統對大容量、高速數據存儲的要求。
常規的數據記錄器的設計思路是通過(guò)高速PCI接口，采用SCSI總線(xiàn)處理器將高速數字信號存入SCSI硬盤(pán)。其缺點(diǎn)是數據傳輸的速率受PCI帶寬的限制，而且PCI接口對微機系統的依賴(lài)性，使系統的模塊化設計變得非常困難。另外，SAR對數據記錄器的可靠性和工作環(huán)境的要求也非常高，使SAR數據記錄器不能按照常規的方法設計。筆者通過(guò)對SAR系統的研究，基于模塊化設計的思想，開(kāi)發(fā)了一種基于FAS466的高速實(shí)時(shí)數據記錄器。其特點(diǎn)是采用高速DMA接口、可脫離微機平臺工作、體積小、可靠性高，實(shí)際持續存儲速度達到72MB／s。
圖1
1 SCSI總線(xiàn)和硬盤(pán)
SCSI是美國ANSI9．2委員會(huì )定義的計算機和外設之間的接口標準。本系統采用SCSI硬盤(pán)，因為5CSI接口比常見(jiàn)的IDE接口具有更多優(yōu)點(diǎn)：(1)SCSI提供了一個(gè)高速傳輸通道，傳輸速度更快；(2)SCSI接口采用總線(xiàn)主控數據傳輸(Bus Master Data Transfer)，占用CPU資源少；(3)可同時(shí)串接多臺不同類(lèi)型的設備；(4)SCSI硬盤(pán)在標識硬盤(pán)扇區時(shí)使用了線(xiàn)性的概念，即硬盤(pán)只有順序的第1扇區、第2扇區…第n扇區，不像IDE硬盤(pán)的"柱面／磁頭／扇區"三維格式。這種線(xiàn)性編排方式訪(fǎng)問(wèn)延時(shí)最小，可加快硬盤(pán)存取速率，尤其在持續大容量控據存儲時(shí)，所顯現的優(yōu)勢更為明顯。
2 系統的硬件結構設計
整個(gè)系統的設計總體框圖如圖1所示，包括高速數據源、高速差分接收器、DMA控制器、數據緩存器、DSP微處理器、SCSI協(xié)議控制器和高速SCSI硬盤(pán)等子系統；下面分別給出各子系統的設計(PAD BUS表示控制信號線(xiàn)，DATA BUS表示數據信號線(xiàn))。
2．1 高速數據源和高速差分線(xiàn)性接收器
系統的高速數據源接口為16位的并行接口，數據傳輸接口的所有信號均采用低電壓差分模式LVDS傳輸，信號進(jìn)入記錄器之后要將LVDS電平轉換成TTL電平。
2．2 數據緩存器
數據緩存的目的是為SCSI的高速DMA傳輸做好準備，使兩邊數據傳輸速度匹配。數據的流向一般是一個(gè)口進(jìn)，一個(gè)口出，不對信號進(jìn)行任何處理。雙口隨機存儲器RAM雖然也可完成這個(gè)任務(wù)，但是由于它需要復雜的地址譯碼電路，所以不采用，而采用FIFO。由于SAR系統每幀數據小于8KB，本系統選用的FIFO深度為8KB。
2．3 SCSI協(xié)議控制器--FAS466
FAS466(Fast Architecture SCSI Processor)處理器是Qlogic公司1999年上市的一種高性能SCSI引擎，它源于Qlogic公司的TEC450／452三重嵌入式控制鋁系列，可提供Ultra2 SCSI的同步傳輸速率，支持先進(jìn)的SCSl自動(dòng)配置模式的1層和2層協(xié)議，內部嵌有微控制器，能夠通過(guò)編程方式靈活地協(xié)調SCSI作業(yè)隊列，可以工作在啟動(dòng)或目標模式并支持單端或低電壓差分模式的SCSI連接。
FAS466區別于其它SCSI協(xié)議控制器的最大特點(diǎn)是它采用微處理器和DMA接口結構，而常見(jiàn)的SCSI協(xié)議控制器采用PCI接口總線(xiàn)結構。這是本設計采用FAS466的一個(gè)主要原因。采用微處理器和DMA接口結構，可以通過(guò)DSP對傳輸進(jìn)行控制，脫離微機平臺，減少傳輸帶寬限制，使數據記錄器具有非常好的靈活性和可移植性。 FAS466由SCSI控制器、微控制器、DMA接口和微處理器接口四個(gè)模塊組成。外部微處理器通過(guò)微處理器接口對FAS466進(jìn)行控制，SCSI控制器提供靈活、有效的底層SCSI協(xié)議控制，微控制器負責控制數據從DMA接口到SCSI硬盤(pán)的傳輸以及各個(gè)模塊之間的協(xié)調。圖2為FAS466的內部結構。
2．4 OMA控制器
本設計采用DMA接口代替高速數據存儲中常見(jiàn)的PCI接口。這不但使傳輸數據的速率有了比較明顯的提高，而且使數據記錄器可以脫離微機系統，使模塊化設計成為現實(shí)。
本設計采用CPLD器件實(shí)現DMA控制器，而不采用專(zhuān)用的DMA控制器，主要考慮以下一些因素：本設計的數據傳輸速率達到72Mg／s，一般的專(zhuān)用DMA控制器難以勝任；專(zhuān)用的DMA控制器與FAS466之間的連接需要大量的邏輯轉換電路和外圍連線(xiàn)，使設計難度加大；DMA控制器還需要在DSP的控制下與FAS466進(jìn)行協(xié)調才能一起工作，這增加了軟件編程的難度；使用CPLD器件，除了完成DMA控制器的功能之外，還可以把電路中的譯碼、邏輯轉換、系統復位等模塊設計進(jìn)去，減小了設備的體積，方便了以后對系統的升級和改進(jìn)。
圖3
2．5 DSP微處理器
該高速數據記錄器選用TI公司的TMS320F206作為微處理器。主要考慮TMS320F206片內包含32K×l6字的FLASH EEPROM，使DSP周?chē)娐泛?jiǎn)單、設備的體積減小，而且系統升級也比較方便；指令集非常豐富，與TMS320C5X系列指令兼容；TMS320F206的指令周期為50ns，符合系統對DSP速度的要求。
DSP負責對各個(gè)模塊進(jìn)行協(xié)調和控制，實(shí)現高速數據記錄的功能。需
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