采用SAR系统设计高速数据采集和存储系统

如图1中的FPGA框图，采集存储控制模块包括4个主要的功能模块，其中总体时序控制模块是核心模块。按照系统工作要求，本系统设计并实现了如下工作：系统开机后，外部硬件电路将对系统进行自动复位。复位信号有效后，总体时序控制部分将进人状态“0001”，对总体时序控制所有参数进行初始化配置。参数配置结束后，将自动从状态“0001”跳转至状态“0010”。状态“0010”是总体时序控制部分的状态跳转中枢，该状态根据译码产生的控制信号跳转至相应的下一个工作状态。根据系统工作方案，需要FPGA在接收到START(开始传送数据)信号后，向后端传送单个完整的PRI内的采样信号。此时CalEnd信号为系统初始化时，所赋予的初始值‘0’。当FPGA接收到START信号后，将检测CalEnd是否为其初始值‘0’，当条件“CalEnd=‘0’and START=‘1’”成立时，总体时序控制部分将从状态“0010”跳转至状态“001 1”。总体时序控制部分跳转至“0011”状态后，将在下一个PRF上升沿到来后，通过PCI输出管理部分开启SHB输出通道，传送一个完整PRI内的采样数据。数据传送完毕后，自动由状态“0011”跳转回状态“0010”，并关闭SHB输出通道。至此，FPGA对计算结束前接收的一次START命令执行完毕。当信号检测部分一旦检测到有效回波位未能完整落入采样PRI内时，将通过SHB输入端口向FPGA传送DEIAY信号。在总体时序控制部分接收到输入信号译码产生的DElAY信号后，将在下一个PRF上升沿到来后，由状态“0010”跳转至状态“0100”，当延时完成后自动由状态“0100”跳转回状态“0010”。当信号检测结束后，后端模块将通过SHB输入单元把PRF延迟量传送至FPGA，同时将总体时序控制中的Ca-lEnd信号置高。当总体时序控制部分检测到CalEnd信号为高时，将在下一个PRF上升沿到来后，由状态“0010”跳转至状态“0101”。在状态“0101”中，根据计算的PRF延迟结果，对采样PRF的位置进行一次延迟。延迟结束后，将自动跳转至状态“0110”。状态“0110”中。总体时序控制部分将通过SHB输出控制模块关闭SHB通道。同时等待数据传送开始信号START。

2 DSP功能模块

DSP功能模块主要由SMT387模块完成。本设计利用TMS320C6415型DSP完成了对回波信号采集数据的分析处理，并为前端数据模块提供相应计算结果，使信号采集模块得以准确完成对回波信号的有效采集。同时，利用SMT6087的文件操作系统将采样数据转换为FAT32文件系统下的数据格式，并将数据存人SATA硬盘中。

SMT387是一款专门用于数据硬盘存储的DSP功能模块。其主要特点有：

1)双SATA硬盘接口，采用Silicon Image Serial ATALink 3512;

2)600 MHz工作频率的TMS320C6415DSP;

3)Virtex-ⅡPro FPGA;

4)1组60针的SHB接口;

5)8 MB的Flash为脱机工作提供配置，其中数据传输采用的SHB协议是一种高速数据传输协议，其传输速率可达240 MB/s。

SHB总线由两组相互独立的SunDance数据总线(SunDance Digital Bus，SDB)单元SDBl和SDB2构成，每组SDB单元含有16根数据线，3根控制信号线WEN，REQ，ACK和1根时钟线CLK。每组SDB单元均可独立地配置为单向收发或双向收发的工作模式。

在本系统中，采用滑窗检测的方法对有效回波进行检测。滑窗检测器在PRI内对N个采样样本点求平方和，其检测变量数学表达式：

式中，Gn为检测变量的初始值;xi，xj为A/D输出采样样本点，i，j=0为单个完整PRI内采样数据的起始点，i，j=M-1为该PRI内采样数据的终止点;M为单个完整PRI内采样点总数，N为检测滑窗宽度。当Gj超过所设定门限β(Gj>β)时，则认为此时信号有效。

根据输出的噪声采样样本点xi，可计算得到xi的均值、方差和门限：

其检测具体流程如下图2所示。

下面是DSP中的的部分代码(其中很多函数是SMT6087操作系统自带的)：

　3 测试结果

本系统的主要功能就是检测有效信号的位置并对有效信号进行存储。测试方案：利用Tektronix AWG420信号源输出30 MHz中频，10 MHz带宽，10 us脉宽的线性调频信号模拟实际工作中的线性调频信号。PRF为1 kHz，系统采样率为120 MHz。用示波器(Tektronix TDS505Z)进行观察，信号检测结果如图3所示，图3(a)无输入信号，所以没有有效回波信号，只有数据采集窗;由图3(b)可见，当有信号输入时，开机后数据采集窗迅速锁定有效信号位置，