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          VXS總線在雷達(dá)信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用

          作者: 時間:2010-12-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


          隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對機(jī)系統(tǒng)如、聲納、圖像處理系統(tǒng)的要求日益提高。新一代機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具備以下特點:

          (1)高速數(shù)據(jù)處理能力,能夠完成復(fù)雜算法;
          (2)采用高速串行交換架構(gòu),滿足高速數(shù)據(jù)傳輸要求;
          (3)高度系統(tǒng)集成架構(gòu) ,提高系統(tǒng)性能;
          (4)開放式體系結(jié)構(gòu) ,通用化模塊設(shè)計,便于系統(tǒng)維護(hù)和升級
          (5)高可靠性,支持冗余設(shè)計

          高性能的GE智能平臺系統(tǒng)架構(gòu),是高速計算原型機(jī)的理想平臺,能夠 幫助用戶實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集,分布式高性能數(shù)據(jù)處理等相關(guān)工作。GE智能平臺VXS開發(fā)平臺系統(tǒng)集成了多款GE智能平臺信號處理板卡,背板具備高速數(shù)據(jù)吞吐能力,可提供高速數(shù)據(jù)采集功能,實現(xiàn)了多處理器計算和高速數(shù)據(jù)交換架構(gòu),具備了高性能數(shù)字信號處理能力。

          VXS開發(fā)平臺系統(tǒng)集成度高,具備了良好的集成開發(fā)環(huán)境。集成軟件為高速處理原型系統(tǒng)設(shè)計提供了簡單、快捷、靈活的途徑;同時也為將來系統(tǒng)擴(kuò)展的復(fù)雜性、兼容性做到了充分的考慮。

          VXS(VMEbus Switched Serial Standard,VITA 41標(biāo)準(zhǔn))總線是在傳統(tǒng)的VME總線基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。VME總線是一種支持多處理器模塊的共享并行背板總線,被廣泛應(yīng)用于軍事、航天和工業(yè)控制等領(lǐng)域。隨著當(dāng)今應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理和交換能力日益增長的需求,VME總線的數(shù)據(jù)交換能力已經(jīng)成為系統(tǒng)性能提升的主要瓶頸之一。

          為了解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i,還能夠支持傳統(tǒng)的VME板卡,就在P0連接器上引入了串行差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸技術(shù) ,如Infiniband、千兆以太網(wǎng)、串行Rapid IO、PCI Express等。

          VXS定義了負(fù)載模塊和交換模塊兩種類型,如圖1。模塊仍然是標(biāo)準(zhǔn)6U結(jié)構(gòu)。

          負(fù)載模塊保留了傳統(tǒng)的P1和P2連接器接口,仍然支持標(biāo)準(zhǔn)VME總線;新增了RT2 P0連接器,利用串行差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸技術(shù),傳輸高速數(shù)據(jù)。沒有P0的VME模塊也可以插在VXS機(jī)箱內(nèi)工作。

          交換模塊完全取消了原有的P1和P2連接器,使用支持串行差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)腞T2 P2 ~ P5連接器和單端信號的RT2 P1連接器。

          負(fù)載模塊和交換模塊支持高速串行數(shù)據(jù)交換架構(gòu),如圖2。每塊負(fù)載模塊有2路x4串行通道分別連接2個交換模塊,實現(xiàn)了雙冗余容錯通信架構(gòu),極大提高系統(tǒng)的可靠性。

          北約MEADS火控系統(tǒng)采用VXS總線

          2010年8月中程增程防空系統(tǒng)(MEADS)完成了最終的關(guān)鍵設(shè)計評審,美國、德國和意大利預(yù)計將在10月達(dá)成小批量生產(chǎn)決議。其中的火控硬件使用了GE智能平臺的VXS總線產(chǎn)品,包括DSP220 VXS多處理器主板和CRX800 VXS 22端口串行RapidIO交換機(jī)。

          實際上MEADS并不是北約一個新的軍事計劃,從這個計劃提出到如今完成設(shè)計評審已經(jīng)超過十年了。最初的雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計使用VME總線,在這十幾年中總線技術(shù)不斷發(fā)展,但對軍事系統(tǒng)來說很難改變最初的設(shè)計。如何利用最先進(jìn)的技術(shù) ,而又能夠讓以往的研究成果繼續(xù)發(fā)揮作用。VXS總線以升級而非革命性變革的方式提供給用戶,它使系統(tǒng)既保持了和傳統(tǒng)VME總線的兼容,又能夠?qū)崿F(xiàn)高速的串行數(shù)據(jù)傳輸。

          在火控雷達(dá)信號處理系統(tǒng)中,使用了16片DSP220用于雷達(dá)信號數(shù)據(jù)處理,1片PPCM2單板計算機(jī)控制數(shù)據(jù)分配任務(wù),1片千兆以太網(wǎng)交換機(jī)GBX24用于網(wǎng)絡(luò)互連,2片CRX800提供sRIO數(shù)據(jù)交換。

          上圖所示系統(tǒng)使用16塊DSP220和2塊CRX800實現(xiàn)了多達(dá)64個Freescale 8641 CPU 節(jié)點的信號處理系統(tǒng),系統(tǒng)的浮點處理能力達(dá)到512GFLOPS 。各節(jié)點之間使用x4 sRIO通道互聯(lián),總數(shù)據(jù)吞吐率可達(dá)到雙向400Gb/s 。

          對于如此復(fù)雜的多處理器架構(gòu),GE智能平臺還提供了AXIS開發(fā)套件,可以加速用戶多處理系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用程序的開發(fā)。

          結(jié)束語

          實現(xiàn)一個高速數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)有賴于三個關(guān)鍵因素:

          1.新一代多核處理器為主板提供了更強(qiáng)的計算能力,同時滿足嚴(yán)格的散熱和功率限制要求;
          2.串行交換互聯(lián)架構(gòu),大大提高了板間數(shù)據(jù)傳輸能力,使多處理器配置更強(qiáng)大、更靈活;
          3.面對復(fù)雜環(huán)境,對可擴(kuò)展性要求越來越高,高速計算系統(tǒng)必須適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用情況,并且必須迅速將設(shè)備應(yīng)用于現(xiàn)場。功能強(qiáng)大而又簡單易用的軟件工具能夠大大提高系統(tǒng)開發(fā)效率。

          GE智能平臺提供的VXS系統(tǒng)就是遵從這三點設(shè)計的 。

          多核處理,串行交換和集成軟件為高速信號處理系統(tǒng)設(shè)計提供了簡單、快捷和靈活的途徑;同時也為將來系統(tǒng)擴(kuò)展的復(fù)雜性和兼容性做到了充分的考慮。



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