高速數字記錄系統中光纖下載卡的邏輯設計

數據記錄及下載系統
如圖1所示，雷達信號預處理機將采樣到的信號進(jìn)行一系列處理工作，最后形成一路或多路的光纖數據，送交外面的兩個(gè)分支。一個(gè)分支是送交雷達信號處理機，進(jìn)行真正的雷達信號實(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(guò)RocketIO傳送至一塊或多塊數據記錄板。

圖1 數據記錄及下載系統框圖

數據記錄在現場(chǎng)進(jìn)行，存儲到記錄設備后，有兩個(gè)用途，一是回放，即回放到雷達信號處理機中，復現進(jìn)入時(shí)的情景；另一種是下載，即下載到本地微機上，對數據進(jìn)行檢查和處理。下載過(guò)程一般在實(shí)驗室進(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)是不需要額外的設備，只要設備支持網(wǎng)絡(luò )通信即可。本地微機作為主控機，控制下載并存放下載的數據。

光纖下載是將記錄設備的光口和專(zhuān)用的光纖下載卡互連，數據傳輸至光纖下載卡后，然后通過(guò)PCI總線(xiàn)轉存至主機硬盤(pán)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，其下載速度可以達到2.5Gb/s，去掉開(kāi)銷(xiāo)也能達到2Gb/s，即250Mb/s，比網(wǎng)絡(luò )下載提高了近一個(gè)數量級。缺點(diǎn)是普通微機沒(méi)有光口，需要額外的光纖下載設備，插入本地微機，和記錄設備對接，完成光纖下載。如圖1中的粗黑的光纖和64位/66M的PCI總線(xiàn)就是供光纖下載之用。

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

圖2 光纖下載卡結構

可見(jiàn)下載設備的硬件結構比較簡(jiǎn)潔，其復雜之處在于FPGA內部的邏輯的控制。在FPGA設計中，除需要例化MGT核，PCI核外還要設計控制邏輯進(jìn)行數據傳輸的控制。

數據傳輸一般來(lái)說(shuō)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(hù)進(jìn)程來(lái)直接控制內存或CPU和外圍設備之間的數據傳送。它的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是CPU和外圍設備只能串行工作，CPU的大部分工作時(shí)間浪費在對外部數據的讀取過(guò)程中，其利用率很低。