基于CPCI总线的雷达终端系统实现

摘要 无源雷达由于其特殊的体制，对肩负着数据处理和显示控制等任务的无源雷达终端系统提出了更高的要求。文中介绍一种基于CPCI总线的无源雷达终端系统，满足了无源雷达高速、大容量数据处理及传输的要求。
关键词 CPCI总线；无源雷达；终端系统

    终端系统是雷达不可缺少的组成部分，随着新体制雷达的不断出现，对设备的要求越来越高，功能越来越强，处理的信息量越来越大，为了适应这种需要，现代雷达终端系统设计已经广泛采用计算机总线技术、网络通信技术。
    无源雷达探测的稳定性易受到辐射源信号强弱、天气、区域电磁环境和目标所在位置等因素的影响，为了提高目标的定位精度，达到稳定跟踪，需要大量的信息数据，为了满足大量的信息数据处理和高速传输的要求，从软／硬实现方面综合考虑，选用CPCI总线技术及相关产品作为系统开发平台，设计出了一种集成度高、体积小、多功能的基于CPCI总线的终端系统。
    该终端系统呵完成数据处理、显示控制、通信管理、外设管理等任务；结构紧凑，所有板卡都集中在一个CPCI机箱内，加上两台显示器、两台操纵台就完成了所有的任务。

1 CPCI总线
    CPCI 也称Compact PCI(Compact Peripheral Component Interconnect)，中文称紧凑型PCI，是一种欧洲卡结构的总线接口，具有高性能工业用总线，能与PCI标准完全兼容的一种总线接口标准。CPCI技术架构更加开放、标准，基于CPCI技术架构的平台，具有集成度高、可扩展性强、捕拔安全方便的特点。可靠的欧洲卡结构，改善了散热条件，提高了抗振动冲击能力，符合电磁兼容性要求。欧式连接器，具备气密性、防腐性、可靠性等优点。

2 系统组成及工作原理
2．1 组成
    文中介绍的终端系统由CPCI机箱、数据处理板卡、数据处理后传输板卡、显示控制板卡、显示控制板卡后传输板卡、通信管理板卡、通信管理后传输板卡、网络交换机板卡、网络交换机后传输板卡、两台显示器、两台操纵台等几部分构成。终端系统组成清单如表1所示。

    CPCI机箱共有3组12个捕槽，每组有一个主板插槽，3个扩展插槽组成，呈一托三形式。各板卡都通过CPCI接插件插入综合分机，数据处理板卡、显示控制板卡插入机箱正面主板插槽、通信管理板卡插入与数据处理板卡同组的任意扩展插槽、网络交换机板卡插入机箱正面任意扩展插槽，后传输板卡插入机箱背面与正面的板卡——对应，比如数据处理板卡插入第二个插槽，那么数据处理后传输板卡从背面插入第二个插槽，机箱对内／对外连线都通过后传输板卡连接，正面无连接线，板卡位置一旦固定，就不可随意更改，否则影响接线关系，如要变动，对应的接线也要变动。
    预留了比较多的扩展插槽，为系统功能的扩展提供了硬件基础；主板插槽和扩展插槽各自通用，也给故障定位和维修带来方便。整个平台结构紧凑、体积小、维修方便。电源采用两块开关电源插件热冗余备份的供电方式，两块插件硬件完全相同，单独任意一块插入任一电源插槽，都能给机箱正常供电；也可以两块插件一起供电；支持热插拔。这种灵活的供电方式，减少了由于电源故障造成的停机损失，提高了整个系统的可靠性。
2．2 工作原理
    数据处理板卡的主要功能是接收前端分系统送入的目标数据，进行处理，形成目标信息，并控制通信管理板卡上报输出。系统有两块显示控制板卡，一块用来显示目标信息和产生模拟目标，用来测试系统工作状态及训练操作员，这里称为主显；一块用来显示辐射源数据库和监控界面显示，这里称为分显。两块板卡软／硬件一致可互换，通过菜单切换是要作为主显，还是作为分显。

    通信管理板卡用于对外串口通信，包括8个RS232串口，受控于数据处理板卡。网络交换机板卡包括9个10＼100＼1000M自适应以太网接口，完成系统内部和对外网络通信。系统工作原理图如3图所示。

3 系统信号流程
    系统信号流程如图4所示。外部数据通过网络和串口，传送到终端系统，数据处理单元对这些数据进行处理、分发；经过处理过的数据通过网络和串口送出。内部由数据处理单元处理过的显示数据，通过网络送至显示控制，经再处理通过人机交互界面显示；操作员通过操纵台，发送控制命令，达到对整个系统控制的目的。

4 软件开发
4．1 软件开发平台
    为保证数据处理的实时性，系统的数据处理软件采用嵌入式Linux作为操作系统，嵌入式Linux具备开放性、多用户、多任务等特点。凡遵循国际标准所开发的硬件和软件，都能彼此兼容，可方便地实现互连。系统资源可以被不同用户各自拥有使用，即每个用户对自己的资源有特定的权限，互不影响。计算机可以同时执行多个程序，而且各个程序的运行互相独立。此外，Linux操作系统还具备灵活移植的特点，可应用于多种硬件平台，原型可以在标准平台上开发后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。
    显示控制软件采用Windows XP操作系统，安装、使用、维护都很方便，基于Windows XP的图形化显示控制技术则实现了软件化实时显示的功能，具备友好的人机交互界面。
4．2 软件设计
    软件设计是实现的关键。终端系统内的所有功能处理计算机都通过高速局域网连在一起，通过网络实现信息的交换和共享。软件设计框图如图5所示。

4．3 任务划分
    在实时多任务操作系统中，任务划分的是否合理，将影响到整个系统的实时性能。任务划分过大，将起不到实时操作系统的作用，划分过小，又使得任务切换过于频繁。这里采用DARTS任务划分方法，DARTS是结构化分析／结构化设计的扩展，吸取了并行处理的经验，能较好地解决任务的分解与进程间的同步。
4．4 模块化设计
    按照软件工程和模块化的方法进行系统软件设计，分清各处理模块的功能，做到模块功能的唯一性，从而缩短开发周期，提高了软件可靠性、可维性。

5 完善的BIT设计
    系统具备完善的BIT设计，通过相互间传递测试数据来完成，所有板卡的BIT信息都在监控界面上显示，这样就能够获知每个板卡的工作状态，从而有效地排除故障。在系统调试还没有完成时，板卡的内存以及外设接口等的BIT，可通过系统上电或复位，由板卡计算机的BIOS自动检查完成，板卡计算机上的串行通讯口，可通过测试程序的自收／发数据检查来实现，其它接口如USB口、显示接口、PSII口等，均可通过接入相应的设备的方式来完成。

6 测试性
    该终端系统具有完善的自我测试手段，只要系统中的各板卡通过自检，即可纳入系统进行测试。系统通过测试程序送出模拟的目标数据信号及显示信号，这些信号和实际的目标信号流程一致，借此可测试系统的整个处理通道及各功能模块是否正常。
    系统除能进行自我测试以外，在配接测试计算机后亦可完成系统的仿真测试。测试计算机可以模拟前端的外系统送出的信号，并且接收终端系统送出的信号，这样即可测试系统的功能。一方面可提前模拟外系统与终端系统的对接过程，及早发现和排除问题，另一方面在实际联调的过程中可以方便地将故障隔离。测试框图如图6所示。

7 结束语
    文中介绍的基于CPCI总线的无源雷达终端系统，满足了性能指标要求，能很好地完成目标参数录取、跟踪和各项战术功能。具备结构紧凑、体积小、设计灵活、可扩展性强的优点，解决了无源雷达数据处理和传输瓶颈。该系统的研制成功，为以后研制基于CPCI总
线的系统，提供了很好的借鉴。