隨著數(shù)字信號處理器（DSP）及其外圍支持芯片性能的提高，軟件無線電已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,，大大增強了實時信號處理系統(tǒng)的整體性能,。但另一方面，隨著ADC和DAC向射頻方向前移,，信號的采樣頻率也相應(yīng)地提高,，使得DSP系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的帶寬成倍增長。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換接口的瓶頸效應(yīng)日趨明顯,，因而相應(yīng)地誕生了一批新的接口標(biāo)準(zhǔn),。PCI接口從1993年提出至今，得到了眾多計算機設(shè)備廠商的支持,，已經(jīng)在PC機,、工業(yè)控制等相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

無源雷達(dá)是利用非合作的外輻射源發(fā)出的信號作為探測信號（如廣播信號,、電視信號,、GSM手機基站信號等），從接收目標(biāo)反射的回波信號中提取目標(biāo)的方位,、速度等參數(shù)的設(shè)備,。與傳統(tǒng)的雷達(dá)相比,，它是被動接收的,，因此隱蔽性強。在隱身飛機出現(xiàn)后,，無源雷達(dá)技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注,。由于隱身飛機引入特殊的微波吸收材料，并采用了特別的外形設(shè)計,，因而傳統(tǒng)的單基地毫米波雷達(dá)很難發(fā)現(xiàn)它,。而無源雷達(dá)采用的探測信號是廣播電視號，由于廣播電視信號波長在米波范圍內(nèi),，從而使針對毫米波波長設(shè)計的微波吸收材料失去作用,；另外，在收發(fā)站的配置上,，由于無源雷達(dá)設(shè)計為雙站或多站系統(tǒng)工作,，因此也破壞了隱身飛機對收發(fā)同方向消隱發(fā)射電磁波信號的設(shè)計思路；因而無源雷達(dá)正成為對抗隱身飛機的有力武器,。本文針對無源定位雷達(dá)信號處理機的應(yīng)用,，利用PCI接口實現(xiàn)了將DSP處理結(jié)果快速實時地傳輸給PC機，由PC機完成數(shù)據(jù)融合與顯示記錄等功能,。
1 基于PCI接口的高速信號處理板卡的設(shè)計
圖1是該板卡的原理框圖,。無源雷達(dá)接收機輸出的中頻（30MHz）窄帶（帶寬為30MHz）窄帶（帶寬為200kHz）正交信號經(jīng)過緩沖,、濾波后送入A/D變換器AD9051進(jìn)行高速模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于采用直接中頻帶通采樣,，不但降低了接收機的復(fù)雜度,，而且減小了接收機的輸出噪聲電平，有利于提高接收機的靈敏度和動態(tài)范圍,。采用30MHz的采樣頻率,，數(shù)據(jù)流首先進(jìn)入FIFO存儲器IDT72V255中緩存。當(dāng)FIFO充滿時,，EPLD（EMP7128）給TMS3206701 DSP一個外中斷信號,，啟動DSP的DMA傳輸，將FIFO中的數(shù)據(jù)快速地傳輸?shù)紻SP片外的同步突發(fā)靜態(tài)存儲器（samsung K7A163601M）中,。DMA傳輸結(jié)束后,，DSP對采樣的數(shù)據(jù)作時-空二維相關(guān)處理[1]，處理的結(jié)果首先寫入雙口RAM（IDT70V25）中,。PCI總線與雙口RAM的數(shù)據(jù)交換,，采用了郵箱寄存器（Mail Box）的方式進(jìn)行。具體實現(xiàn)如下：先在雙口RAM中的某一固定的地址定義一個存儲單元作為雙方通信的“郵箱”,，該存儲單元被答作郵箱寄存器,。數(shù)據(jù)通信的發(fā)起方先檢查郵箱寄存器是否為空，如果郵箱寄存器是空的,，則將數(shù)據(jù)寫入雙口RAM中,；否則就等待郵箱寄存器為空。數(shù)據(jù)的接收方不斷地查詢郵箱寄存器,，如果發(fā)現(xiàn)郵箱寄存器的值為非空,，則將雙口RAM中的數(shù)據(jù)讀入，同時將郵相寄存器置為空值,。利用這種方法的優(yōu)點是無需外加數(shù)據(jù)通信握手信號和邏輯,，就可以直接完成雙向數(shù)據(jù)流的交換，對通信重復(fù)間隔長,、數(shù)據(jù)塊大的傳輸十分適用,。

2 PCI接口設(shè)計
1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI總線的概念,，并聯(lián)合IBM,、Compaq、AST,、HP,、DEC等100多家公司，于1993年推出了PC局部總線標(biāo)準(zhǔn)——PCI總線,。PCI是一套整體的系統(tǒng)解決方案,，較其它只為加速圖形或視頻操作的局部總線優(yōu)越,。PCI局部總線采用32位或64位數(shù)據(jù)總線，以33MHz或66MHz的時鐘頻率操作,，可支持多組外圍部件及附加卡,。在33MHz情況下，其數(shù)據(jù)傳送率高達(dá)132MB/s,；在66MHz情況下,，其數(shù)據(jù)傳送率翻倍。另外,，它支持線性突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式,，可確保總線不斷滿載數(shù)據(jù),。外圍設(shè)備一般會由內(nèi)存某個地址順序接收數(shù)據(jù),，這意味著可以由一個地址起讀寫大量數(shù)據(jù)，然后每次只需將地址自動加1,，便可接收數(shù)據(jù)流下一個字節(jié)的數(shù)據(jù),。線性突發(fā)傳輸能夠更有效地利用總線的帶寬傳送數(shù)據(jù)，以減少無謂的地址操作,。在雷達(dá)信號處理中,，對信號的實時性要求很高，這就要求信號傳輸?shù)膸捯銐蚋?，PCI接口非常適合將高速信號處理模塊和計算機橋接在一起,。目前PCI接口的設(shè)計一般采用兩種方法：其一是采用通用接口芯片完成。常用的芯片有：AMCC公司的S5933,，PLX公司的PLX9054等,。其二是采用EPLD或FPGA實現(xiàn),。這種方法可以針對自身的需要定制一定的功能,，因而設(shè)計靈活性大，但必須嚴(yán)格遵循PCI總線的規(guī)范,。采用通用接口芯片完成的好處是設(shè)計時可以不用關(guān)心PCI總線操作,，只要處理好本地總線接口即可。設(shè)計簡單省時,。本文采用PLX9054的C模式完成PCI接口功能,。PLX9054有著獨立的本地總線（Local Bus），由它負(fù)責(zé)對雙口RAM進(jìn)行訪問控制,。

3 EPLD控制時序的實現(xiàn)
EPLD選用Altera公司的EMP7128S,，用它來完成ADC采樣控制、FIFO的讀寫控制,、采樣結(jié)束中斷的產(chǎn)生等功能,。采用Altera提供的MAXPLUS II集成開發(fā)環(huán)境軟件,，它支持VHDL、Verilog HDL和AHDL語言,，此外它還支持直接輸入原理圖的方式,。本文采用AHDL語言編寫。圖2是仿真的時序圖,，其中CLK是輸入的外時鐘信號,，WR是FIFO的寫信號，ENCODE是ADC的采樣時鐘信號,，TR是采樣觸發(fā)信號,，INT是輸出的中斷信號。COUNT是數(shù)據(jù)采樣長度計數(shù)器,，雖然FIFO可以提供全滿,、半滿的標(biāo)志位，但僅以此作為中斷的產(chǎn)生條件,，就限制了采樣長度的靈活性,。為在應(yīng)用中自定義采樣長度，實現(xiàn)對任意大小的數(shù)據(jù)（最大不超過FIFO的存儲深度）進(jìn)行采樣,，設(shè)計中引入了采樣長度計數(shù)器,。只要恰當(dāng)設(shè)置COUNT的計數(shù)初值（大小為采樣長度的補碼），使計數(shù)器溢出時給出INT中斷信號,，就可以實現(xiàn)此項功能,。ADC采用的是AD9051，它采用5級流水線（Pipeline）結(jié)構(gòu)輸出數(shù)據(jù),，所剛啟動采樣時,，由于流水線未被充滿，前面輸出的5個數(shù)據(jù)是無效的,，自第6個數(shù)據(jù)起才開始將A/D變換的結(jié)果存入FIFO中,。

4 SBSRAM接口設(shè)計
SBSRAM即同步突發(fā)靜態(tài)存儲器，其最大的優(yōu)點是讀寫速度高,、不需要刷新,。在步突發(fā)模式下，只要外部器件給出首次訪問地址,，則在同步時鐘的上跳沿,，就可以在內(nèi)部產(chǎn)生訪問數(shù)據(jù)單元的突發(fā)地址，協(xié)助那些不能快速提供存取地址的控制器加快數(shù)據(jù)訪問的速度,。由于TMS320C6701的EMIF（擴展存儲器接口）可以按SBSRAM的速度提供地址,，所以應(yīng)當(dāng)將SBSRAM的突發(fā)模式禁止（/ADV接高電平）。但這一點并不意味著降低讀寫性能。事實上由于DSP在每個數(shù)據(jù)訪問周期都可以連續(xù)地輸出新的地址和控制命令,，仍然能實現(xiàn)突發(fā)模式下的峰值讀寫速度,。由于對SBSRAM存取訪問的同步時鐘頻率在80MHz，所以高速數(shù)字信號在線路板上傳輸?shù)馁|(zhì)量特別重要[2],。
在進(jìn)行PCB設(shè)計時,，信號完整性（SI，Signal Integrity）必須引起重視,。它主要包括反射,、振鈴、地彈,、串?dāng)_等,。以前進(jìn)行高速PCB設(shè)計時，對用戶經(jīng)驗要求很高,，現(xiàn)在借助于EDA輔助軟件,，信號完整性問題可以在設(shè)計中預(yù)見，并且采用一定的措施去控制,。根據(jù)所選PCB的基材（介電常數(shù),、板厚），利用Agilent公司提供的免費軟件AppCAD很容易計算傳輸線的阻抗,，然后計算出最佳的端接匹配電阻,。
在完成PCB設(shè)計后，利用HyperLynx的BoardSim功能可以驗證設(shè)計,。BoardSim采用流行的IBIS模型（Input/Output Buffer Information Specification）,，在仿真時應(yīng)先將器件的IBIS模型加載到指定的端口中，設(shè)置時鐘的頻率與系統(tǒng)的工作頻率相等,，連接好示波器的探頭,，啟動仿真就可以看到仿真的結(jié)果。圖3是沒采用端接電阻的仿真波形,，可以看到信號質(zhì)量非常差,，振鈴和過沖現(xiàn)象嚴(yán)重。圖4是采用33Ω串行電阻端接的仿真波形,，振鈴和過沖現(xiàn)象都有了很大的改善,，信號質(zhì)量較好。
5 DSP信號處理流程
DSP信號處理算法主要依據(jù)參考文獻(xiàn)[1]和[3],，對信號進(jìn)行時間和頻率二維相關(guān)運算。時間維上的峰值可以計算出目標(biāo)的距離,，在頻率維上的峰值可以計算出目標(biāo)的速度,。信號處理流程如圖5所示。

將PCI接口應(yīng)用到DSP系統(tǒng)中,，加速了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，可以充分運用PC機平臺上豐富的軟件和硬件資源,，完成數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)顯示,、參數(shù)設(shè)置等任務(wù),。將運算量大的、實時性強的任務(wù)交給DSP芯片完成,，充分利用了DSP芯片的特長,，從而實現(xiàn)了PC機與DSP系統(tǒng)的優(yōu)勢互補。二者的有機結(jié)合可以構(gòu)建以個實時性強,、界面友好,、操控方便的信號處理系統(tǒng)。