1 Обзор структуры сопряжения эмулятора системы обработки сигналов радара
Данная глава посвящена обзору структуры сопряжения эмулятора системы радара, частью которой являются модули сопряжения, анализу принципов действия и протоколов интерфейсов сопряжения, а также выбору способа разработки модулей.
1.1 Общие сведения о системе
Общая схема комплексной системы радара приведена на рисунке 1.1.
Главными компонентами системы являются:
1. Радарная решетка (RTX).
2. Тракт первичной обработки.
3. Модули сопряжения.
4. Два цифровых сигнальных процессора (DSP).
5. Оперативная память (RAM).
Эмулятор радара представляет собой программно-аппаратную систему, состоящую из приложения, реализованного на PC, и аппаратной системы на базе FPGA, реализующей первичную обработку. Главной задачей эмулятора радара является тестирование модулей тракта первичной обработки, как индивидуальное, так и в составе цепочки. Приложение на PC представляет собой генератор тестовых воздействий для тракта первичной обработки и разрабатывается с применением языков высокого уровня.
Чтобы передавать данные от приложения на PC в тракт первичной обработки на FPGA и отправлять результаты обработки обратно приложению, нужно наладить канал связи через Ethernet, для чего и разрабатывается соответствующий модуль сопряжения. После прохождения тракта первичной обработки данные должны передаваться на DSP, также на стороне FPGA связь с DSP, производящим вторичную обработку, должен иметь диспетчер внешних интерфейсов.
Рисунок 1.1 – Общая схема системы обработки сигналов с радара
П
родолжение
рисунка 1.1
Для того, чтобы обеспечить связь FPGA с DSP, разрабатывается модуль сопряжения с интерфейсом Link.
1.2 Интерфейс Ethernet
Канал связи через порт Ethernet можно реализовать несколькими способами с применением различных протоколов.
1.2.1 Канальный уровень
Один из вариантов реализации связи через Ethernet – использовать базовый функционал, предоставляемый спецификацией Ethernet, а именно передавать данные на канальном уровне модели OSI с использованием Ethernet-фреймов.
Формат Ethernet-фрейма [5] представлен в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Ethernet-фрейм
Преам-була |
НРК |
Адрес получателя |
Адрес отправителя |
Тип/длина |
Данные |
КПК |
Составляющие Ethernet-фрейма:
1. Преамбула (7 байт) – информирует принимающую сторону о начале нового фрейма.
2. НРК (начало разделителя кадра) (1 байт) – сигнализирует о начале нового кадра.
3. Адрес получателя (6 байт) – адрес устройства назначения.
4. Адрес отправителя (6 байт) – адрес устройства отправления.
5. Тип/длина (2 байта) – определяет длину кадра (если значение меньше или равно десятичному числу 1500) или тип протокола инкапсуляции данных (если значение превышает десятичное число 1536).
6. Данные (46-1500 байт) – содержит данные для передачи.
7. КПК (контрольная последовательность кадра) (4 байта) – конец фрейма, используется для обнаружения ошибок в кадре.
Отдельного рассмотрения требует адресация устройств в Ethernet [6]. Каждое устройство обладает уникальным 48-битным идентификатором, называемым Media Access Control Address (MAC-адрес). MAC-адреса присваиваются устройствам заводом-производителем. Формат МАС-адреса представлен в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Формат MAC-адреса
Октет |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Двоичный вид |
00110101 |
01111011 |
00010010 |
00000000 |
00000000 |
00000001 |
Шестнад-цатерич-ный вид |
AC |
DE |
48 |
00 |
00 |
80 |
Двоичный вид в таблице 1.2 отражает порядок передачи МАС-адреса по сети, каждый октет передается, начиная с младшего разряда.
Подобный протокол передачи поддается реализации на FPGA (например, с использованием FPGA-ядер для Ethernet компании Intel [7]), однако данный способ отличается повышенной трудоемкостью и длительностью разработки не только на стороне FPGA, но и на стороне PC, поскольку не используются протоколы Интернета, следовательно, повышается сложность установления канала связи между FPGA и PC. Еще одним недостатком данной реализации является необходимость перепрошивки FPGA каждый раз, когда нужно изменить адрес устройства, с которого принимаются данные, чего не требуется при использовании протоколов транспортного уровня.