摘要: 本文主要介紹了基於CPCI 總線設計的實時信號處理業務所需的一種專用設備平台。平台基本方案的主要部分是采用DSP+FPGA混用設計的業務板、電氣接口以及物理形狀因數。架構設計選擇開放式的Compact PCI總線作為基本,采用CPCI標準平台用於I/O處理。
　　一. 係統設計的相關技術
　　1．1 DSP+FPGA混用設計簡介
為了提高算法效率
，實時處理圖像信息，本處理係統是基於DSP+FPGA混用結構設計的。業務板以FPGA為處理核心，實現數字視頻信號的實時圖像處理，DSP實現了部分的圖像處理算法和FPGA的控製邏輯，並響應中斷
，實現數據通信和存儲實時信號。
首先
，本係統要求DSP可以滿足算法控製結構複雜，運算速度高

，尋址靈活
，通信能力強大的要求。所以，我們選擇指令周期短、數據吞吐率高
、通信能力強、指令集功能完備的DSP。同時也考慮了DSP功耗和開發支持環境等要素。
由於從探測儀傳來的低層A/D的信號，其差值預處理算法的數據量大，對處理速度的要求高，但運算結構簡單，選用百萬門級ＦＰＧＡ進行硬件實現。  
　　采用DSP＋FPGAhunyongdeyingjianxitongjiubaliangzhedeyoudianjiehedaoyiqi
，jijiangulesuduhelinghuoxing，youmanzuledicengxinhaochulihegaocengxinhaochulideyaoqiu。yinci，feichangshiheshishixinhaochulixitong。 
　　實時信號處理係統是指對運算速度要求高、運算種類多、寬帶數據傳輸的綜合性信息處理係統。
　　1．2 係統架構設計簡介
　　CompactPCI作為PCI總線的電氣
、軟件和工業組裝標準，是當今最新的計算機標準之一。CompactPCI總線的高速

、堅固、可靠、穩定，與PCI軟件的良好兼容性
，使得它成為工控領域最流行和通用的計算機接口總線。
　　CPCI目前最高傳輸速度528MB/s，可用的PCI－X的最高傳輸速度可達1066MB/s。
在高速堅固
，可靠穩定的技術基礎上，本係統設計了可運用客戶自有協議的CPCI背板和接口統一、高度模塊化的CPCI業務板。
　　二. 綜合業務處理平台
　　2．1 簡述 
　　綜合業務處理平台是指在單一平台實現多路信號預處理、複雜圖像算法、圖像顯示、數據存儲、係統控製等任務。這不僅要求硬件必須具備高性能

，可以進行實時處理
，同時
，嵌入式的應用環境還要求體積小、重量輕、功能強
、可靠性高。完整的係統由以下幾個模塊構成：箱體，電源
，背板，A/D預處理板與信號處理板等。
　　2．2 箱體，電源和背板
　　箱體采用標準19英寸上架的外型尺寸。內部空間:支持2U 4槽CPCI背板;支持2個3U CPCI 電源。箱體背部雙電源輸入接口,通斷式開關(支持常開)。以便響應斷電後係統重啟的要求。3U CPCI電源支持熱插拔
；采用和係統一體的智能管理電源背板；支持AC輸入。背板上有4個6U插槽，每個插槽有5個插座：P1,P2,P3,P4,P5。P1,P2為標準PCI,提供5V/3.3V信號環境。係統槽P3,P3,P5定義按照係統板MIC-3369定義標準。擴展槽:P1,P2,P3,P4,P5 采用穿透型長針,前後穿透,配護套。P1,P2這樣設計
，前插板和後插板都可以根據實際需求從背板上取得供電。P3,P4,P5提供完善的信號前後路由。此外，3個擴展槽的P3之間

、P4之間、P5之間設計為PIN TO PIN連通。這樣設計，為業務板間建立線性擴展


，上一級處理模塊與下一級模塊通信建立了物理通信端口。
　　2．3 A/D預處理板
　　考慮到係統每個業務板都要處理多路輸入
，而且工程安裝設備要求便利
，我們專門為模擬輸入的信號調理設計一個標準的處理模塊：尺寸為:233.35mm*80mm*1槽空間。這樣信號線全部在箱體後部接入。每個業務板一一對應 
　　預處理的數字信號按照預定的方式通過P5高速傳送到對應業務板上的FIFO。FIFO控製器根據觸發的有效來變換工作方式。

　　2．4 信號處理板 
　　考(kao)慮(lv)到(dao)係(xi)統(tong)擴(kuo)展(zhan)和(he)故(gu)障(zhang)排(pai)除(chu)的(de)便(bian)利(li)

，業(ye)務(wu)處(chu)理(li)板(ban)設(she)計(ji)成(cheng)統(tong)一(yi)的(de)架(jia)構(gou)。這(zhe)樣(yang)，用(yong)戶(hu)針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)的(de)處(chu)理(li)業(ye)務(wu)隻(zhi)要(yao)更(geng)改(gai)設(she)計(ji)好(hao)的(de)軟(ruan)件(jian)內(nei)核(he)
，硬(ying)件(jian)接(jie)口(kou)程(cheng)序(xu)和(he)用(yong)戶(hu)界(jie)麵(mian)都(dou)不(bu)用(yong)更(geng)改(gai)。同(tong)樣(yang)，排(pai)除(chu)故(gu)障(zhang)時(shi)隻(zhi)要(yao)更(geng)換(huan)同(tong)樣(yang)的(de)業(ye)務(wu)板(ban)即(ji)可(ke)完(wan)成(cheng)。
　　業務處理板尺寸為：233.35mm*160mm*1槽空間

；支持PICMG 2.1熱插拔規範。
板上ＤＳＰ和ＦＰＧＡ各自帶有ＲＡＭ
，用於存放業務處理過程所需要的數據。

　　2．5 PMC I/O擴展板 
　　實際應用於工程時，模塊化的係統部件通常需要接受外部指令或通過特定的I/O接口輸出數據。我們采用了PMC卡來解決。PMC(PCI Mezzanine Card )規範IEEE 1386 給出了mezzanine模塊的標準。它提供了一種針對不同載板規格高性能價格比的實現I/O功能的方式。

　　PMC標準是把PCI總線信號映像到P1386板卡上。單模塊尺寸單（(74mm x 149mm)上的前突起部分用來接通I/O，通過標為P1

、P2、P3
、P4的四個聯接頭與載板上PCI互聯。 
　　用戶可以根據現場的要求選擇標準PMC網絡接口卡接受和傳輸數據。也可以按照需要定製各種串口I/O接口卡，完成時統調度。

　　2．6 係統處理板 

　　MIC-3369采用低功耗 Pentium -M處理器和優化的Intel*E7501＋ICH4R芯片組，具有支持64BIT/66MHZ的 係統總線，提供了3.2GB/s的帶寬

，性能具有極佳的競爭力。.  MIC-3369在設計上支持PICMG2.16規範,兼容PICMG 2.9規範，能夠與遠程管理係統平台協同工作。

　　三．係統應用 

　　3．1（遠）紅外遙測係統 
　　在（遠）紅外遙測係統中開展紅外數字視頻信號成像的實時處理係統。
zaiduidachidukongjianhuofuzadixingjinxingyaoganguanmiaoshi，caiyongleduogehongwaipinduandetanceqi。genjubutongdejingdushujujinxingchuli，huizhichutuxiangshuchudaoxianshizhongduan
，bingbadaliangshujukuaisucunchudaobendiyingpangonghouxushiyong。 
　　係統的工作原理如下圖：

　　3．2 實時目標探測係統 
　　在ICshengchanhuojingmiqijianyanmojiagongdoushiyonglegongyeshipinchulixitong。zaizheyangdexitongzhong，bingxingshurushuchudexinhaopinlvyibanbugao
，danduixinhaochulijingduheshishixingdeyaoqiuhenyange。
我(wo)們(men)應(ying)用(yong)上(shang)述(shu)架(jia)構(gou)實(shi)現(xian)了(le)一(yi)個(ge)實(shi)時(shi)目(mu)標(biao)檢(jian)測(ce)係(xi)統(tong)
，該(gai)係(xi)統(tong)的(de)任(ren)務(wu)主(zhu)要(yao)是(shi)接(jie)收(shou)多(duo)個(ge)工(gong)位(wei)上(shang)傳(chuan)的(de)位(wei)置(zhi)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，位(wei)移(yi)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)攝(she)像(xiang)頭(tou)輸(shu)出(chu)的(de)灰(hui)度(du)圖(tu)象(xiang)，經(jing)預(yu)處(chu)理(li)
、編碼、算(suan)法(fa)處(chu)理(li)和(he)目(mu)標(biao)識(shi)別(bie)後(hou)
，輸(shu)出(chu)結(jie)果(guo)到(dao)顯(xian)示(shi)終(zhong)端(duan)，同(tong)時(shi)發(fa)出(chu)指(zhi)令(ling)給(gei)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)。其(qi)中(zhong)，低(di)層(ceng)的(de)處(chu)理(li)，其(qi)運(yun)算(suan)數(shu)據(ju)量(liang)大(da)，但(dan)運(yun)算(suan)結(jie)構(gou)較(jiao)規(gui)則(ze)，適(shi)於(yu)用(yong)ＦＰＧＡ進行純硬件實現；而算法處理及目標識別等高層圖象處理，要用到多種協議結構，用ＤＳＰ編程來實現。係統的示意圖如下：

　　四．總結 
　　采用本文介紹的體係結構,能夠在一個開放的模塊化的平台上迅速實現高密度高可靠性的係統。它具有以下特點： 
1. 低 MTTR，高可用性 
2.係統配置靈活和升級、維護方便 
3.方便實施係統定製，降低研發成本 
4．迅速實現專屬應用
，提高競爭優勢  

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