基于CPCI总线的雷达数据传输接口设计
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2020-10-17
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基于基于CPCI总线的雷达数据传输接口设计总线的雷达数据传输接口设计
针对某雷达系统数据传输与控制的需求，提出了一种基于CPCI总线的雷达接收机数据传输接口实现方案。主要
包括外围板卡端基于FPGA+PCI桥芯片架构的CPCI总线接口电路设计，主控板卡端基于WDM框架的驱动程序开
发。测试结果表明,主控板卡能够有效完成与外围板卡间的数据传输与控制，性能指标符合系统设计要求。
近年来，随着信息技术的不断发展，通信、网络、雷达、遥测遥感等诸多领域都面临着数据量日趋庞大的问题，这对数据
传输技术也提出了更高的要求。尤其在雷达领域，雷达新体制新技术的提出与应用，如数字波束形成技术、高速A/D转换器件
的应用等等，使得雷达系统所需处理的信号通道数越来越多，数据率也越来越大，庞大数据量的实时传输逐渐成为制约雷达系
统性能的瓶颈之一。当前，高速数据传输技术已经成为了人们研究的热点问题。
[1]
。与传统的工业计算机总线相比，CPCI总线具备以下几个优点：(1)传输速率高。从总线速度上看，32 bit/33 MHz的
CPCI总线最大传输速度为132 MB/s；对于64 bit/66 MHz CPCI总线则峰值速度可达528 MB/s。(2)与PCI总线标准完全兼容，
有利于用户将基于PCI总线开发的成熟技术与产品向工业设备上推广。(3)采用欧插机械结构标准，具备良好的耐用性、散热
性、抗震性和易维护性等性能，适合工控、军事、电信等恶劣工作环境的使用。此外其还具有高扩展、支持热插拔等性能。
CPCI总线的种种特性使得该技术在雷达、通信、控制等领域都得到了广泛应用
[2-4]
。
本文以CPCI总线接口设计作为研究对象，针对某雷达系统数据传输与控制的需求，完成了雷达接收机数据传输接口的设
计与开发，为雷达系统各板卡间的正常通信提供了保障。
1 系统需求系统需求
该雷达系统的结构框图如图1所示，系统涵盖主控板卡，数据采集板卡、同步控制板卡和频率合成板卡等多种不同类型的
外围板卡。其中主控板卡负责收集多块数据采集板卡的数据进行后续信号处理，以及完成对所有外围板卡的参数配置与控制。
主控板与外围板卡的通信通过数据总线来完成。经过分析，得知多块数据采集板卡向主控板上传数据的最大传输速率和不超过
10 MB/s，而主控板下发控制参数信息至外围板卡的传输速率则要求更低。因此CPCI总线的传输速率足以胜任系统需求。
该雷达系统的主控板卡为外购产品，因此设计的重点在于外围板卡端的数据总线接口设计以及主控板卡端的驱动开发。
此外对于雷达外围板卡端而言，虽然可分为多块不同类型的板卡，功能不同，但其CPCI总线接口电路的设计应基本一致，保
证版本的统一性，方便调试与维护。
2 硬件设计硬件设计
目前常见的CPCI总线接口实现方案有多种：(1)
[2-3,6]
，该方案电路结构较前两者相对复杂一些，但因使用了桥芯片，无
需太多关心PCI总线协议，研发周期快，且费用较低。综合以上因素，选取了第三种方案搭建硬件接口电路，其结构框图如图
2所示。
其中PCI桥芯片完成CPCI总线与本地端总线的协议转换,在这里选择了PLX Technology公司32 bit宽/33 MHz低成本PCI桥
芯片
PCI9054负责完成主控板与外围板端FPGA之间的通信，其主要控制步骤如下：
(1)主控板向外围板发出读写请求时,PCI9054向FPGA发出申请本地总线信号LHOLD(高有效)。
(2) FPGA检测到LHOLD有效后，若本地总线空闲，即对PCI9054回应总线应答信号LHOLDA(高有效)，表示申请本地总
线有效。
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