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一種基于FAS466的合成孔徑雷達高速數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)計
摘要：介紹一種基于高性能SCSI總線處理器FAS466的專用高速合成孔徑雷達（SAR）數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的設(shè)計。該設(shè)備可以脫離微機平臺時將SAR數(shù)據(jù)記錄到SCSI硬盤。給出了記錄器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件、軟件設(shè)計方法。合成孔徑雷達(SAR)經(jīng)歷了從光學記錄成像到數(shù)字記錄成像，從低分辨率到高分辨率，從單通道、單極化到多通道、多極化，從單頻到多頻的發(fā)展過程。SAR系統(tǒng)的迅速發(fā)展，使SAR的數(shù)據(jù)量也急劇增多，普通的存儲器已經(jīng)無法滿足SAR系統(tǒng)對大容量、高速數(shù)據(jù)存儲的要求。
常規(guī)的數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)計思路是通過高速PCI接口，采用SCSI總線處理器將高速數(shù)字信號存入SCSI硬盤。其缺點是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适躊CI帶寬的限制，而且PCI接口對微機系統(tǒng)的依賴性，使系統(tǒng)的模塊化設(shè)計變得非常困難。另外，SAR對數(shù)據(jù)記錄器的可靠性和工作環(huán)境的要求也非常高，使SAR數(shù)據(jù)記錄器不能按照常規(guī)的方法設(shè)計。筆者通過對SAR系統(tǒng)的研究，基于模塊化設(shè)計的思想，開發(fā)了一種基于FAS466的高速實時數(shù)據(jù)記錄器。其特點是采用高速DMA接口、可脫離微機平臺工作、體積小、可靠性高，實際持續(xù)存儲速度達到72MB／s。
圖1
1 SCSI總線和硬盤
SCSI是美國ANSI9．2委員會定義的計算機和外設(shè)之間的接口標準。本系統(tǒng)采用SCSI硬盤，因為5CSI接口比常見的IDE接口具有更多優(yōu)點：(1)SCSI提供了一個高速傳輸通道，傳輸速度更快；(2)SCSI接口采用總線主控數(shù)據(jù)傳輸(Bus Master Data Transfer)，占用CPU資源少；(3)可同時串接多臺不同類型的設(shè)備；(4)SCSI硬盤在標識硬盤扇區(qū)時使用了線性的概念，即硬盤只有順序的第1扇區(qū)、第2扇區(qū)…第n扇區(qū)，不像IDE硬盤的"柱面／磁頭／扇區(qū)"三維格式。這種線性編排方式訪問延時最小，可加快硬盤存取速率，尤其在持續(xù)大容量控據(jù)存儲時，所顯現(xiàn)的優(yōu)勢更為明顯。
2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計
整個系統(tǒng)的設(shè)計總體框圖如圖1所示，包括高速數(shù)據(jù)源、高速差分接收器、DMA控制器、數(shù)據(jù)緩存器、DSP微處理器、SCSI協(xié)議控制器和高速SCSI硬盤等子系統(tǒng)；下面分別給出各子系統(tǒng)的設(shè)計(PAD BUS表示控制信號線，DATA BUS表示數(shù)據(jù)信號線)。
2．1 高速數(shù)據(jù)源和高速差分線性接收器
系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)源接口為16位的并行接口，數(shù)據(jù)傳輸接口的所有信號均采用低電壓差分模式LVDS傳輸，信號進入記錄器之后要將LVDS電平轉(zhuǎn)換成TTL電平。
2．2 數(shù)據(jù)緩存器
數(shù)據(jù)緩存的目的是為SCSI的高速DMA傳輸做好準備，使兩邊數(shù)據(jù)傳輸速度匹配。數(shù)據(jù)的流向一般是一個口進，一個口出，不對信號進行任何處理。雙口隨機存儲器RAM雖然也可完成這個任務(wù)，但是由于它需要復雜的地址譯碼電路，所以不采用，而采用FIFO。由于SAR系統(tǒng)每幀數(shù)據(jù)小于8KB，本系統(tǒng)選用的FIFO深度為8KB。
2．3 SCSI協(xié)議控制器--FAS466
FAS466(Fast Architecture SCSI Processor)處理器是Qlogic公司1999年上市的一種高性能SCSI引擎，它源于Qlogic公司的TEC450／452三重嵌入式控制鋁系列，可提供Ultra2 SCSI的同步傳輸速率，支持先進的SCSl自動配置模式的1層和2層協(xié)議，內(nèi)部嵌有微控制器，能夠通過編程方式靈活地協(xié)調(diào)SCSI作業(yè)隊列，可以工作在啟動或目標模式并支持單端或低電壓差分模式的SCSI連接。
FAS466區(qū)別于其它SCSI協(xié)議控制器的最大特點是它采用微處理器和DMA接口結(jié)構(gòu)，而常見的SCSI協(xié)議控制器采用PCI接口總線結(jié)構(gòu)。這是本設(shè)計采用FAS466的一個主要原因。采用微處理器和DMA接口結(jié)構(gòu)，可以通過DSP對傳輸進行控制，脫離微機平臺，減少傳輸帶寬限制，使數(shù)據(jù)記錄器具有非常好的靈活性和可移植性。 FAS466由SCSI控制器、微控制器、DMA接口和微處理器接口四個模塊組成。外部微處理器通過微處理器接口對FAS466進行控制，SCSI控制器提供靈活、有效的底層SCSI協(xié)議控制，微控制器負責控制數(shù)據(jù)從DMA接口到SCSI硬盤的傳輸以及各個模塊之間的協(xié)調(diào)。圖2為FAS466的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
2．4 OMA控制器
本設(shè)計采用DMA接口代替高速數(shù)據(jù)存儲中常見的PCI接口。這不但使傳輸數(shù)據(jù)的速率有了比較明顯的提高，而且使數(shù)據(jù)記錄器可以脫離微機系統(tǒng)，使模塊化設(shè)計成為現(xiàn)實。
本設(shè)計采用CPLD器件實現(xiàn)DMA控制器，而不采用專用的DMA控制器，主要考慮以下一些因素：本設(shè)計的數(shù)據(jù)傳輸速率達到72Mg／s，一般的專用DMA控制器難以勝任；專用的DMA控制器與FAS466之間的連接需要大量的邏輯轉(zhuǎn)換電路和外圍連線，使設(shè)計難度加大；DMA控制器還需要在DSP的控制下與FAS466進行協(xié)調(diào)才能一起工作，這增加了軟件編程的難度；使用CPLD器件，除了完成DMA控制器的功能之外，還可以把電路中的譯碼、邏輯轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)復位等模塊設(shè)計進去，減小了設(shè)備的體積，方便了以后對系統(tǒng)的升級和改進。
圖3
2．5 DSP微處理器
該高速數(shù)據(jù)記錄器選用TI公司的TMS320F206作為微處理器。主要考慮TMS320F206片內(nèi)包含32K×l6字的FLASH EEPROM，使DSP周圍電路簡單、設(shè)備的體積減小，而且系統(tǒng)升級也比較方便；指令集非常豐富，與TMS320C5X系列指令兼容；TMS320F206的指令周期為50ns，符合系統(tǒng)對DSP速度的要求。
DSP負責對各個模塊進行協(xié)調(diào)和控制，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)記錄的功能。需
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