基于FPDP的高速數據傳輸系統設計

隨著(zhù)電子技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的信號處理系統，需要高速的數據采集和大吞吐量的數據傳輸，來(lái)實(shí)現數據的高速實(shí)時(shí)處理能力。在雷達系統中，原始數據中包含豐富的信息，及時(shí)獲得原始數據并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析就顯得尤為重要，因此在雷達處理機中需要大量使用板間通信，并保證板間數據傳輸具有高速性和可靠性。單板系統已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求，需要多板共同實(shí)現。
FPDP總線(xiàn)可用于兩個(gè)或多個(gè)VME板之間的高速數據傳輸，其數據傳輸速率可達160 MB／s。FPDP總線(xiàn)位于VME板卡的前面板，完全不影響位于背板插槽的VME總線(xiàn)。在實(shí)際應用中，一塊VME板卡允許有多個(gè)FPDP端口。因此，在雷達系統中，可使用FPDP總線(xiàn)必將提高數據傳輸和處理能力。

1 FPDP總線(xiàn)概述
FPDP(Front Panel Data Port，前面板數據端口)總線(xiàn)最初是由加拿大的Interactive Circuits and Sys-tems Ltd(ICS)公司開(kāi)發(fā)，后經(jīng)VSO(VITA Stand-ards Organization)組織提出并形成標準協(xié)議。FPDP總線(xiàn)是32位的并行同步總線(xiàn)，通過(guò)80芯的扁平連接電纜進(jìn)行板間連接。主要用于兩個(gè)或多個(gè)VME總線(xiàn)板卡間進(jìn)行高速數據傳輸。
FPDP總線(xiàn)上的設備可以有：
(1)FPDP主發(fā)送設備(FPDP／TM：FPDPTransmitter Master)，主發(fā)送設備是數據傳輸的源端，并產(chǎn)生所有其他板需要的時(shí)鐘及相關(guān)時(shí)序信號；
(2)FPDP主接收設備(FPDP/RM：FPDP Re-ceiver Master)，主接收設備是數據傳輸的末端，用于接收數據和終止控制信號；
(3)FPDP接收設備(FPDP／R：FPDP Receiv-er)，接收設備只是接收數據，沒(méi)有終止控制信號，允許數據傳輸繼續下去。
FPDP總線(xiàn)上必須至少有一個(gè)主發(fā)送設備和一個(gè)主接收設備。但可以有多個(gè)接收設備，從而可以實(shí)現“多點(diǎn)”傳送。在某一時(shí)刻，總線(xiàn)中只有一個(gè)主發(fā)送設備，傳輸以單方向進(jìn)行，故在總線(xiàn)上的設備之間也就不存在總線(xiàn)的競爭和沖突問(wèn)題。所以FPDP總線(xiàn)協(xié)議不包含地址和仲裁周期，從而可以實(shí)現高速數據傳輸。
雖然FPDP總線(xiàn)為單向傳輸，但可以通過(guò)硬件鏈路開(kāi)關(guān)或者軟件手段對FPDP總線(xiàn)的發(fā)送設備與接收設備進(jìn)行配置，實(shí)現分時(shí)復用的雙向數據傳輸。

2 設計實(shí)例
在雷達系統中，原始數據(有關(guān)目標的距離、方問(wèn)、速度等狀態(tài)參數)的變化對于成像結果有著(zhù)十分重要的影響。因此能不能夠實(shí)時(shí)傳輸采集到的原始數據并進(jìn)行有效分析，將直接影響到成像質(zhì)量的好壞。
在該設計中，FPGA的數據通道采用FPDP總線(xiàn)結構，分別與A／D板、DSP板相連，進(jìn)行實(shí)時(shí)高速數據傳輸。A／D板負責對回波信號進(jìn)行高速采集，DSP板接收FPGA發(fā)送過(guò)來(lái)的合成數據進(jìn)行后期處理。FPDP接收模塊負責接收來(lái)自A／D板的原始回波數據，FPDP發(fā)送模塊負責把原始回波數據及其他飛機參數打包并以FPDP協(xié)議的形式發(fā)送給DSP板。如圖1所示。

A／D板與DSP板的數據接口均為FPDP總線(xiàn)結構，發(fā)送方式為單幀模式。對于單幀數據傳輸模式，同步信號SYNCn應該先于第一個(gè)發(fā)送的數據，此時(shí)數據有效信號(DVALIDn)仍為高，指示數據無(wú)效。在進(jìn)行數據傳輸時(shí)，將DVALIDn信號有效，在時(shí)鐘STROB(或PSTROBE)上升沿的同步下將發(fā)送數據驅動(dòng)到FPDP的數據總線(xiàn)上。在時(shí)鐘STROB(或PSTROBE)上升沿，接收設備對D[31．．0]和DVALIDn信號進(jìn)行采樣。若DVALIDn為低，則認為發(fā)送過(guò)來(lái)的數據是有效的。單幀數據傳輸波形圖，如圖2所示。

為了滿(mǎn)足信號處理機實(shí)時(shí)處理的要求，要求輸入到DSP板的原始數據符合處理的數據格式。而采集到的數據需按一定格式打包，稱(chēng)為數據合成。FPGA要將來(lái)自不同設備的數據合成為所需的幀格式后轉發(fā)到DSP板。這樣，DSP板在獲得數據幀后就可以直接進(jìn)行處理而不必再有格式轉換的開(kāi)銷(xiāo)。其原理圖，如圖3所示。

由于FPDP總線(xiàn)傳輸實(shí)時(shí)性要求很強，在傳輸過(guò)程中不允許數據丟失，具有數據量大、傳輸速度高等特點(diǎn)。因此，FPDP接收邏輯應在接收到原始回波數據后，盡快發(fā)送給DSP板。否則，將造成數據堵塞、丟失及紊亂，嚴重影響后端的成像處理，因此在FPDP總線(xiàn)收發(fā)邏輯之間引入一個(gè)數據緩沖區FIFO，暫存原始回波數據。