基于G4平台的嵌入式VxWorks系统在雷达信号处理中的应用

回波信号的采集使用Interactive 电路与系统公司的ICS - 554四通道14bit A /D数据采集卡，可以用内部或外部时钟采样，最小采样率30MHz，最高采样率105MHz，内部和外部两种触发信号；标准的PMC 接口，带1M逻辑门FPGA 的64bit/66MHzQL5064 PCI总线接口芯片，支持master/ target DMA突发传输方式，未使用完的FPGA资源可根据用户的需要配置使用；两片64 K ×72 bit FIFO缓存，可以编程控制进行单通道数据采集，两通道或四通道同时采集，每两通道各占一片FIFO，每片最大采样128 K点，单通道最大各采样256 K点；采用捕获和持续两种采样模式，在捕获模式每一次触发采样点数和(在FIFO缓存大小内)总的采样点数，然后向CPU发中断请求，要求从CPU从缓存中取走已采样的数据都是可编程的；为多种操作系统提供了驱动程序，如Win2dowsNT、Windows 2000、Windows XP和VxWorks实时操作系。ICS - 554的功能框图如图2所示。

图2　ICS - 554框图　　

在实际应用中， ICS - 554插在节点4的PMC标准接口上，采用10 kHz主触发脉冲作为外触发信号， 30MHz采样时钟， I、Q两路采样，每一个主触发脉冲采样2 048点，每一个CP I周期内要求采88个主触发脉冲周期的数据。考虑到每一路F IFO最大只能采256K点和DMA 方式下PC I总线的实际传输率，保证每一个CPI的数据不会丢失和FIFO不会溢出，采用每42个主触发脉冲周期就请求CPU开始接收在F IFO 缓存中的数据，先接收完F IFO1 中的数据，再接收F IFO2 中的数据，以后循环进行数据传输，直到禁止A /D采样为止。

时序安排

信号处理系统接收雷达终端发来的控制命令和正交回波信号经过A /D采样后的数字信号，雷达终端在CP I信号的下降沿通过VME总线发当前CPI信号的控制命令到G4板的VME内存映射空间，节点1把这些控制命令码值拷贝到全局共享内存，控制命令码值包括模式码，探测距离码等值；然后通知节点4取出当前模式码，节点4根据模式码对ICS- 554进行配置和允许ICS - 554开始采数并存入FIFO中。ICS - 554每采完44个主触发脉冲周期的数据后，向节点4发中断请求，节点4接到请求后通过节点1的全局共享内存查询当前控制命令，接着根据模式码配置 QL5064的DMA控制器。目标内存是节点1上的共享内存，启动DMA传输，把A /D采样存入FIFO 中的数据传给节点1， DMA传输完成后，节点4向节点1发出中断请求，节点1响应请求后，查询全局共享内存的控制命令，根据模式码开始进行脉冲压缩、杂波抑制、恒虚警和目标检测等信号处理。信号处理完后通过VME总线把目标信息数据传送到VME空间，通知雷达终端取走目标和状态信息；其它节点的数据也是通过节点4以DMA方式传到内存中进行处理，处理方法与节点1相似，只是节点2、3和4的目标信息数据先传到节点1，然后由节点1通过VME总线传给雷达终端，每个节点都独立处理一个CP I周期的数据。从A /D FIFO缓存中传数到各节点的顺序和信号处理顺序时序如图3所示。

图3　时序图

在一个CP I周期内，第一个阴影部分表示当前节点前42个主触发周期内A /D采样完成后由FIFO的DMA传数到节点内存的时间，第二个阴影部分是后42个主触发周期内A /D采样完成后由FIFO的DMA传数到节点内存的时间，但是由于采用DMA传输方式，不会占用CPU处理时间(除了中断来时很短暂地打断CPU的处理) ，相邻节点的数据传输率比相对节点的传输率高。

任务划分

划分任务的原则是能够在每个CPI周期内实时的接收雷达终端控制命令，并能接收经过A /D采样的正交I、Q两路回波信号，最后及时地把处理完成后的目标信息数据传给雷达终端。节点1负责接收本节点的A /D采样数据和进行数字信号处理，并把处理后的目标信息数据和节点2、3和4传来的目标信息数据传到VME空间，通知雷达终端及时取走数据。因此在节点1 上划分为6个任务:从节点4接收A /D采样数据任务，优先级最高； 接收节点2、3和4的目标数据并能及时送给雷达终端的任务优先级较高， 3个任务的优先级相同；系统开机和模式转换时查询命令任务的优先级次高，能及时响应命令并能送给节点4，重新对ICS - 554进行新的工作模式的配置；信号处理任务的优先级最低，它能保证本节点数字信号处理完成的同时，不会影响其它任务的数据传输。

节点4主要完成管理ICS - 554 A /D数据采集和查询模式码。数据采集任务配置ICS - 554 AD传送采集后的数据到本节点和其它节点，并通知它们开始处理数据，该任务的优先级最高；模式切换任务在模式切换时，接收节点1发来的控制命令并根据模式码对A /D进行编程控制，该任务的优先级次高；信号处理任务保证节点4在接收到新的一帧数据来之前必须完成前一帧数据处理，每个CPI周期内，A /D每采集44个主触发周期的数据后，产生的中断要打断信号处理任务2次，造成该任务切换频繁，信号处理时间拉长，因此编写算法程序时一定要考虑节约处理时间，最后向节点1发中断请求，通过DMA方式把目标数据传给节点1，再传给雷达终端，该任务的优先级最低。

节点2和 3接收A /D 数据采集任务的优先级最高，并在此任务中查询模式码。信号处理任务的优先级最低，处理完成后的目标数据通过DMA方式传到节点1，再传给雷达终端。该雷达信号处理涉及多种工作模式，这里只介绍了一种简单工作模式任务划分，其它模式的任务划分不在此赘述。

开发中应注意的主要问题