采用SmartModule模塊與FPGA器件實現(xiàn)對雷達計算機系統(tǒng)的改造

1、引言

在傳統(tǒng)的艦載雷達計算機系統(tǒng)中，一般采用雙機（A，B機）體制：A機負責數(shù)據(jù)的采集、跟蹤、解算，稱為任務計算機;B機負責雷達綜合態(tài)勢與相關數(shù)據(jù)的顯示與操控，同時完成對各種接口的操作，稱為人機接口計算機。A，B機之間通過共享存儲區(qū)交換數(shù)據(jù)。在這種系統(tǒng)中，雙機都采用軍用加固機，A機與雷達接口板、天線方位接口板等相連，而B機需要控制操作多種接口板卡，如顯示接口板、對外接口板、數(shù)據(jù)存儲板、網絡接口板等。同時系統(tǒng)中還存在各種用于控制雷達分機的小系統(tǒng)，如伺服系統(tǒng);提供艦艇經緯度信息的GPS系統(tǒng)，這些小系統(tǒng)與B機之間通過串口進行通信?？梢姡瑐鹘y(tǒng)計算機系統(tǒng)組成板卡多、各板卡功能單一、系統(tǒng)組成結構復雜、可靠性差、且數(shù)據(jù)交換效率低，在多批目標的情況下，可能無法完成數(shù) 據(jù)交換與跟蹤結算。

為了適應現(xiàn)代雷達要求計算機系統(tǒng)具備的體積小、功能強、易于維護的特點，本文中，采用了SmartModule模塊、大規(guī)模FPGA和專用集成電路對傳統(tǒng)的雷達計算機系統(tǒng)進行了大膽改進。新的系統(tǒng)具有組成板卡少、單板功能強、系統(tǒng)組成結構簡單、可靠性高、數(shù)據(jù)交換效率高、可擴展性強、成本低的特點。

2、計算機系統(tǒng)的組成與實現(xiàn)

新的計算機系統(tǒng)由2個單板計算機組成。任務計算機與人機接口計算機的硬件構成完全相同，他們通過內部不同的軟件來完成各自的功能。任務計算機主要通過FPGA雷達接口采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行目標檢測錄取，跟蹤解算。由于采用了高速CPU與大規(guī)模FPGA，極大地提高了數(shù)據(jù)的處理能力與速度。人機接口計算機負責光柵顯示控制、雷達操控、數(shù)據(jù)存儲、同時完成各種對外接口的操作。任務計算機與人機接口計算機通過雙口RAM、網絡或高速總線進行數(shù)據(jù)交換。

如圖1所示，計算機板由SmartModule計算機模塊、顯示接口、對外接口、雷達操控、電子盤、網絡、雙口RAM、FPGA等部分構成。很明顯，與老的系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)的組成板卡大大減少，集成度增強，原來很多接口板的功能現(xiàn)在全部和并在一塊計算機板上，這樣提高了系統(tǒng)的可靠性與易維護性，由于采用了網絡，系統(tǒng)對外通信效率大大提高。

2.1SmartModule模塊簡介

SmartModule模塊是瑞士數(shù)字邏輯（Digital-Logic）公司的小型化單片PC系統(tǒng)單元，類似現(xiàn)今世界流行的單芯片系統(tǒng) SOC（SystemOnChip），與標準PC/AT兼容。他具有模塊化、系列化、結構小巧、功能強大、易于后期加固、散熱處理等特點。

實際設計中采用SmartModuleP5PC-266模塊，構成框圖如圖2所示，外觀如圖3所示。具體技術指標如下：

處理器：P5 266MHz;電源：5 V;Cache：256K;內存：64M;兩個串口：COMl，COM2;一個并口：LPTl;一個軟驅接口;兩個EIDE接口;兩個USB接口;PS/2鼠標接口;IrDA接口;看門狗功能;定時器功能;鍵盤控制器;顯示接口：69000具有2M顯存;聲卡;支持兩種總線;ISA和PCI;外形尺寸：85X66X14mm。

2.2 基于SmartModule的計算機板的設計簡介

SmartModule雖然兼容PC/AT系統(tǒng)，但其本身的功能還不完備，還需要進行相應的擴充，才能滿足作為雷達計算機的嵌入式應用。基于SmartModule的計算機板主要包含以下部分：

SmartModuleP5PC-266模塊、雷達操控接口、顯示接口、電子盤、雙口RAM、對外接口、網絡接口、中斷擴展等。下面簡要介紹其主要部分：

（1）電子盤 大容量的存儲空間是進行系統(tǒng)軟件安裝、程序調試、數(shù)據(jù)存儲所必需的，因此系統(tǒng)采用M-system公司的DOC2000系列電子盤進行擴展，存儲容量2M～1GB。DOC系列電子盤尺寸小、接口簡單、容量大，已成為嵌入式應用的首選存儲類型。DOC2000外觀如圖4所示。

（2）對外接口 為了和其他設備進行數(shù)據(jù)通訊與操控，如GPS設備、導彈指揮儀、平臺羅徑、記程儀、觸摸屏、鼠標等。在當前網絡沒有普遍應用時，保留多個串、井口供用戶使用是必須的。因此系統(tǒng)采用TI公司的TLl6C554芯片在板上擴展了8個RS232/422串口。

（3）網絡接口 采用Intel公司的82559雙冗余的10/100M自適應網卡是本系統(tǒng)的一個亮點。

（4）中斷擴展 由于SmartModule模塊本身具有16級中斷，而且他內部又使用了其中的大部分中斷，對用戶而言，可用的中斷數(shù)目較少，因此要對中斷進行擴充。系統(tǒng)采用FPGA對中斷進行了擴展。

（5）FPGA 完成雷達接口、數(shù)據(jù)檢測錄取、譯碼、中斷擴展等功能。大規(guī)模的可編程邏輯器件的使用大大節(jié)省了空間，提高了效率。

3 、結 語

本文通過對SmartModule的簡要介紹，結合工作中的實際情況，簡單說明了其在嵌入式雷達計算機系統(tǒng)中的設計應用。新的系統(tǒng)具有組成板卡少、單板功能強、系統(tǒng)組成結構簡單、可靠性高、數(shù)據(jù)交換效率高、可擴展性強的特點。已經在某小型化雷達中得到實踐的驗證，是雷達計算機系統(tǒng)的一次有益的嘗試。