VXS總線(xiàn)在雷達信號處理系統的應用

隨著(zhù)現代軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對信號處理機系統如雷達、聲納、圖像處理系統的要求日益提高。新一代信號處理機系統應具備以下特點(diǎn)：

（1）高速數據處理能力，能夠完成復雜信號處理算法；
（2）采用高速串行交換架構，滿(mǎn)足高速數據傳輸要求；
（3）高度系統集成架構 ，提高系統性能；
（4）開(kāi)放式體系結構 ，通用化模塊設計，便于系統維護和升級
（5）高可靠性，支持冗余設計

高性能的GE智能平臺VXS總線(xiàn)系統架構，是高速計算原型機的理想平臺，能夠 幫助用戶(hù)實(shí)現高速數據采集，分布式高性能數據處理等相關(guān)工作。GE智能平臺VXS開(kāi)發(fā)平臺系統集成了多款GE智能平臺信號處理板卡，背板具備高速數據吞吐能力，可提供高速數據采集功能，實(shí)現了多處理器計算和高速數據交換架構，具備了高性能數字信號處理能力。

VXS開(kāi)發(fā)平臺系統集成度高，具備了良好的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。集成軟件為高速處理原型系統設計提供了簡(jiǎn)單、快捷、靈活的途徑；同時(shí)也為將來(lái)系統擴展的復雜性、兼容性做到了充分的考慮。

VXS總線(xiàn)

VXS（VMEbus Switched Serial Standard,VITA 41標準）總線(xiàn)是在傳統的VME總線(xiàn)基礎上發(fā)展而來(lái)的。VME總線(xiàn)是一種支持多處理器模塊的共享并行背板總線(xiàn)，被廣泛應用于軍事、航天和工業(yè)控制等領(lǐng)域。隨著(zhù)當今應用對數據處理和交換能力日益增長(cháng)的需求，VME總線(xiàn)的數據交換能力已經(jīng)成為系統性能提升的主要瓶頸之一。

VXS總線(xiàn)為了解決數據傳輸的瓶頸，還能夠支持傳統的VME板卡，就在P0連接器上引入了串行差分數據傳輸技術(shù) ，如Infiniband、千兆以太網(wǎng)、串行Rapid IO、PCI Express等。

VXS定義了負載模塊和交換模塊兩種類(lèi)型，如圖1。模塊仍然是標準6U結構。

負載模塊保留了傳統的P1和P2連接器接口，仍然支持標準VME總線(xiàn)；新增了RT2 P0連接器，利用串行差分數據傳輸技術(shù)，傳輸高速數據。沒(méi)有P0的VME模塊也可以插在VXS機箱內工作。

交換模塊完全取消了原有的P1和P2連接器，使用支持串行差分數據傳輸的RT2 P2 ~ P5連接器和單端信號的RT2 P1連接器。

負載模塊和交換模塊支持高速串行數據交換架構，如圖2。每塊負載模塊有2路x4串行通道分別連接2個(gè)交換模塊，實(shí)現了雙冗余容錯通信架構，極大提高系統的可靠性。

北約MEADS火控雷達系統采用VXS總線(xiàn)

2010年8月中程增程防空系統（MEADS）完成了最終的關(guān)鍵設計評審，美國、德國和意大利預計將在10月達成小批量生產(chǎn)決議。其中的火控雷達硬件使用了GE智能平臺的VXS總線(xiàn)產(chǎn)品，包括DSP220 VXS多處理器主板和CRX800 VXS 22端口串行RapidIO交換機。

實(shí)際上MEADS并不是北約一個(gè)新的軍事計劃，從這個(gè)計劃提出到如今完成設計評審已經(jīng)超過(guò)十年了。最初的雷達系統設計使用VME總線(xiàn)，在這十幾年中總線(xiàn)技術(shù)不斷發(fā)展，但對軍事系統來(lái)說(shuō)很難改變最初的設計。如何利用最先進(jìn)的技術(shù) ，而又能夠讓以往的研究成果繼續發(fā)揮作用。VXS總線(xiàn)以升級而非革命性變革的方式提供給用戶(hù)，它使系統既保持了和傳統VME總線(xiàn)的兼容，又能夠實(shí)現高速的串行數據傳輸。

在火控雷達信號處理系統中，使用了16片DSP220用于雷達信號數據處理，1片PPCM2單板計算機控制數據分配任務(wù)，1片千兆以太網(wǎng)交換機GBX24用于網(wǎng)絡(luò )互連，2片CRX800提供sRIO數據交換。

上圖所示系統使用16塊DSP220和2塊CRX800實(shí)現了多達64個(gè)Freescale 8641 CPU 節點(diǎn)的信號處理系統，系統的浮點(diǎn)處理能力達到512GFLOPS 。各節點(diǎn)之間使用x4 sRIO通道互聯(lián)，總數據吞吐率可達到雙向400Gb/s 。

對于如此復雜的多處理器架構，GE智能平臺還提供了AXIS開(kāi)發(fā)套件，可以加速用戶(hù)多處理系統的構建和應用程序的開(kāi)發(fā)。

結束語(yǔ)

實(shí)現一個(gè)高速數據信號處理系統有賴(lài)于三個(gè)關(guān)鍵因素：

1.新一代多核處理器為主板提供了更強的計算能力，同時(shí)滿(mǎn)足嚴格的散熱和功率限制要求；
2.串行交換互聯(lián)架構，大大提高了板間數據傳輸能力，使多處理器配置更強大、更靈活；
3.面對復雜環(huán)境，對可擴展性要求越來(lái)越高，高速計算系統必須適應不斷變化的應用情況，并且必須迅速將設備應用于現場(chǎng)。功能強大而又簡(jiǎn)單易用的軟件工具能夠大大提高系統開(kāi)發(fā)效率。

GE智能平臺提供的VXS系統就是遵從這三點(diǎn)設計的 。

多核處理，串行交換和集成軟件為高速信號處理系統設計提供了簡(jiǎn)單、快捷和靈活的途徑；同時(shí)也為將來(lái)系統擴展的復雜性和兼容性做到了充分的考慮。