基于VC++雷达信号系统软件测试平台的设计 系统软件, 雷达站, 监控, 检测, 气象

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随着电子计算机技术及电子设备的飞速发展，人们对数据的处理容量、处理速度以及工作平台的实时监控等性能的要求越来越高，从而使得高速、便捷、智能化的高性能数字处理设备成为当今电子设备的发展趋势。
由于一些气象雷达站一般地处环境与气候恶劣的偏远地区。雷达站内雷达信号处理系统的检测与维修存在一定的难度。当系统出现故障要进行检修时，由于地理环境的限制，检修在时间上会有一定的拖延，人们希望对于非硬件电路损坏的故障，能够通过软件平台进行监控，并通过软件来及时对系统进行维护与系统恢复。该软件设计的目的就是为了避开雷达系统存在着一定的机械性和不方便性的缺点来完善该雷达信号处理系统。该软件利用VC++++的友好界面来实现PC机、DSP、HSP(硬件信号处理器)之间通信的可视化，利用PC机最终监控大气雷达信号处理系统中的核心部件HSP。此外，还解决了特定外部设备与PC机之间的海量数据传输问题，实现了DSP与PC机之间的优势互补。此软件平台具有一定的通用性，可以通过主机选择对不同的硬件系统的操作，下载不同的数据处理算法到DSP芯片中等，同时也可为其它不同型号DSP芯片开发软件平台提供一定参考。该软件构建了一个界面友好、实时性强、操控方便的信号处理系统，简化了测试人员的工作，同时降低了系统检修的频率，雷达信号处理器的性能得到了比较大的提高。
1 系统硬件组成及功能
整个系统的硬件结构，如图1所示，其中核心部件主要有：硬件信号处理器(Hardware SignalProcessing，HSP)、Daytona板及PC机。HSP主要完成中频I/Q数据采集、接收机、发射机控制以及定时信号产生等功能，其性能的好坏直接影响到整个雷达系统的正常运行。

Daytona板是Spectrum公司生产的DSP开发板，它的主要功能是对HSP采集的大量回波数据进行高速处理后并传送给PC机，同时处理来自PC 机的数据并传送给HSP，它主要由以下几个部分组成：两片TMS320C6701 DSP、3片hurricane桥、一片DEC21153 PCI桥、3块I/O接口芯片(PEMSites、PMC Sites以及DSP-LINK3)、一片主机接口芯片HPI、128 k×32-bitSSRAM、4 M×32-bitSDRAM以及8 k×32-bit双口RAM等，其硬件结构，如图2所示。

2 基于VC++平台的软件设计
该软件平台的目的用软件来模拟一块基于PC机的硬件信号处理定时板卡，此硬件信号处理定时板卡是中国新一代多普勒气象雷达CINRAN CA和CINRAN CB系统核心部件之一，这就可以避开雷达系统存在一定的机械性及不方便性的缺点。该平台的主要功能是对Daytona板和HSP(硬件信号处理器)进行测试和控制。
2.1 软件设计思想
HSP接收并处理来自A/D变换器的数据，然后送往由双C6X DSP芯片构成的Daytona板进行处理。由两片DSP芯片来处理来自于HSP的大量的回波数据，不仅提高了数据的处理速度，而且在存储容量上也有一定的提高。经DSP芯片处理后的数据可以通过PCI总线存储到PC机中，也可以通过DSP芯片来编写无损压缩算法将大量的I/O数据处理后进行压缩，然后再存储到PC机或者DSP中，这样可以充分运用PC机平台上丰富的软件和硬件资源完成目标显示、数据融合、参数设置等任务。该软件利用VC++的友好界面显示HSP的工作状态，通过发中断命令来实现PC机对HSP的控制与监测，从而实现了PC机与DSP、HSP之间的通信;同时，通过调用Daytona板的相关软件，实现两片DSP芯片之间的数据传送及中断等。
2.2 软件设计的步骤
2.2.1 PC机与DSP之间的通信
PC机通过依次调用主机应用程序库(ALIB_HOST)、内核接口库以及设备驱动程序来和Daytona板中的DSP芯片进行通信;DSP首先调用 C6X应用程序库(ALIB_C6x)中的FTC6x_Init()函数对其进行初始化、设置外部存储器的等待状态以及页面寄存器的配置等，然后通过调用 DSP用户程序实现与PC的通信。整个通信过程，如图3所示。

2.2.2 Daytona内部两片DSP之间通信过程
Daytona的两片DSP之间的数据通信可以用中断来控制，并有以下4种方式：
(1)高速数据传输：由一片DSP的SSRAM经由局部PCI总线，采用Hurricane DMA传输方式传输到另一片DSP的SSRAM，数据传输完成后向目的DSP芯片SSI中断寄存器发送信号;
(2)低速数据传输：通过配置全局中断来发送数据传输，并利用共享的双口RAM通路来实现数据传输;
(3)一片DSP的SSRAM与PCI设备(如PMC或PCI主机)之间的高速数据传输：采用HurricaneDMA传输方式将数据传输到PCI设备，传输完成后通过PCI中断向PC机发送消息;
(4)一片DSP的SSRAM到另一片DSP的任意资源之间的数据传输：首先将数据从一片DSP的SSRAM经由Hurricane x并采用Hurricane DMA传输到主机接口，然后再传输到另一片DSP的各部分资源。
2.2.3 DSP与HSP的通信过程
HSP上预留了一块共享存储区用来实现HSP与DSP之间的数据通信。HSP将控制字、脉冲重复频率等数据传输到共享存储区中，DSP通过HPI(主机接口)读取数据，并根据这些参数作相应处理。同时，DSP可以向共享存储区发送设备开始控制字、接收控制参数等数据，HSP读取这些参数并作相应控制。另外，DSP也可将数据通过HPI接口传输到共存储区与HSP接收的大量回波数据进行比较，从而进行性能分析。由于天空中采样得到的的云图数据量非常大，而 DSP、HSP的存储空间有限，所以可以在DSP中调用压缩算法，将数据压缩后再进行存储，同时可以将使用频率高的数据通过压缩后存储到DSP或者HSP 中，从而提高了系统数据处理的速度。
2.3 软件设计实现流程
首先将打开系统，对系统进行初始化，并对系统各资源进行复位;然后将算法代码加载到DSP芯片中;获得各部件资源句柄;将共享存储区清零，同时设置相应的中断方式。此后就可以将HSP接收并处理后的数据传送到DSP中进行相应的处理，DSP处理后的数据再通过Hurricane传送到PC机中存储。同样，PC机上的数据可以送往DSP芯片进行处理，处理后的数据再传送给HSP，进行相应的性能分析等等。这样就完成了整个通信过程。整个软件设计流程，如图4所示。该软件具有一定的可扩充性，可以根据具体环境添加相应的功能模块。部分相关界面，如图4和图5所示。图4为通过VC编程来实现PC机与DSP进行通信的界面，图5为测试PCI通道是否可以通信的界面。首先测试PCI通道是否可以通信，然后测试通道是否可以正确传送数据。图5显示PCI是否可正常通信且传送数据。通过VC的消息盒或者菜单显示证明PCI通道可以通信并且能正确通信。通过软件来监控PC机与DSP通信的界面，如图4所示。
实现了PC机监控HSP、控制HSP的工作时序、监控HSP系统是否正常工作等。同时可以将DSP处理后的数据存储到PC中。

3 结束语
文中针对HSP不方便测试和数据分析的缺点，设计了基于VC++的软件测试平台。该软件应用于大气雷达系统测试过程中，通过该平台可以方便各雷达站操作人员对系统的检测，做到准确及时地发现问题，有利于快速排除故障，从而提高设备的工作效率，减轻雷达站观测人员的工作量。同时，可以编写更为详细的数据分析模块，比如通过加噪或者对获得的回扫数据进行分析等来对大气云图中的雨滴数进行分析，从而获得更为准确的天气情况。此外，该软件具有一定的可扩展性，可以根据硬件的不断升级进行相应模块的添加和修改，最终形成一种通用的软件平台。