VXS總線在雷達(dá)信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對信號處理機(jī)系統(tǒng)如雷達(dá)、聲納、圖像處理系統(tǒng)的要求日益提高。新一代信號處理機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：

（1）高速數(shù)據(jù)處理能力，能夠完成復(fù)雜信號處理算法；
（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(jì)，便于系統(tǒng)維護(hù)和升級
（5）高可靠性，支持冗余設(shè)計(jì)

高性能的GE智能平臺VXS總線系統(tǒng)架構(gòu)，是高速計(jì)算原型機(jī)的理想平臺，能夠 幫助用戶實(shí)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(shí)現(xiàn)了多處理器計(jì)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(jì)提供了簡單、快捷、靈活的途徑；同時(shí)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總線

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。

VXS總線為了解決數(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(gè)交換模塊，實(shí)現(xiàn)了雙冗余容錯(cuò)通信架構(gòu)，極大提高系統(tǒng)的可靠性。

北約MEADS火控雷達(dá)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(jì)評審，美國、德國和意大利預(yù)計(jì)將在10月達(dá)成小批量生產(chǎn)決議。其中的火控雷達(dá)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(shí)際上MEADS并不是北約一個(gè)新的軍事計(jì)劃，從這個(gè)計(jì)劃提出到如今完成設(shè)計(jì)評審已經(jīng)超過十年了。最初的雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)。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(jì)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(shí)現(xiàn)了多達(dá)64個(gè)Freescale 8641 CPU 節(jié)點(diǎn)的信號處理系統(tǒng)，系統(tǒng)的浮點(diǎn)處理能力達(dá)到512GFLOPS 。各節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)一個(gè)高速數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)有賴于三個(gè)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(jì)算能力，同時(shí)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(jì)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(diǎn)設(shè)計(jì)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(jì)提供了簡單、快捷和靈活的途徑；同時(shí)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。