基于CPCI总线的通用FPGA信号处理板的设计

随着雷达信号处理技术的不断发展以及现代国防对雷达技术的需求，系统对雷达信号处理的要求也越来越高，需要实时处理更加庞大的数据。先进的雷达信号处理设备不仅要求性能高、功能多样化，而且要求信号处理设备的研制、装备周期短，能保持与国际先进水平同步发展。因此有必要发展一种可重构、可扩展的通用信号处理系统，能将雷达信号处理模块化、标准化、通用化。这样，一方面可以通过硬件扩展来适应信号处理规模的变化，另一方面可以通过灵活的软件编程来实现各种信号方式和各种复杂算法。FPGA在雷达信号处理中比DSP更具有优势，主要体现在以下几点：(1)专用设计的硬件电路实现数字信号处理算法可以最大限度地利用其并行性，可以达到比采用DSP处理器串行运算高得多的运算性能，实时性更强；(2)一些新型的FPGA可以实现大量的片内RAM，可以在传统的DSP系统不能达到的高数据率下实现数据的传输和存储等操作；(3)功耗更低。文中采用Ahera公司最新、具有最佳性能、最大密度和最低功耗的高端FPGAStratixⅢ设计了基于CPCI总线的通用FPGA信号处理板，并在某雷达系统中进行了实际应用。

1 系统实现
系统可以同时对8路模拟信号进行处理，也可以同时对8路数字信号进行处理，两种工作模式通过外部控制信号来进行自适应选择，系统框图，如图1所示。

选用Altera公司65 nm工艺的高端FGPA产品StratixⅢ系列的EP3SE1 10F1 152C4，StratixⅢ在功耗、性能、易用性和成本等4大方面均有改善，其中可编程功耗技术能够在大幅降低功耗的同时达到高性能要求。与前一代90 nm工艺的Stratix II器件相比，硬件体系结构提升和Quartus II软件改进使StratixⅢ功耗降低了50％，同时性能提高25％，密度则是前者的两倍。每一片EP3SE110F1 152C4同时对两路信号进行实时处理，它内含448个18×18的定点硬件乘法器，85 200个自适应逻辑单元，以及8 MB的内嵌RAM，如此丰富的硬件资源使得利用FPGA来实现雷达信号处理成为了可能，系统硬件总体结构，如图2所示。

8路模拟信号通过8路A／D送到FPGA，8路数字信号通过CPCI接口送到FPGA进行信号处理，控制信号通过CPCI接口送到FPGA。信号处理的结果通过PCI9054送到CPCI接口，直接在计算机上对数据进行分析和处理，通过CPCI接口把数据送到后端进行信号处理，同时通过两路D／A观察和分析。