基于DSP的FPGA卫星测控多波束系统设计

四、DSP模块设计

1.DSP模块功能

系统使用一个C尺寸VXI标准机箱，插槽包括0槽、DSP模块和波束合成模块。DSP模块负责测向和波束合成权值的计算，波束合成模块将原始数据和权值进行波束合成，模块之间的数据交换使用LBUS。控制终端(微机)通过VXI总线给DSP模块发送命令，DSP模块以外部中断2的方式响应接收命令并实现控制中断的对系统的控制，命令格式由内部协议规定。

根据系统需求，DSP模块要完成以下6个功能：

(1) 接收原始数据和合成结果

数据采集部分是由波束合成模块完成的，DSP模块定时器每500 ms接收一次原始数据和结果数据，并在500 ms内完成测向和波束合成权值的计算。数据交换按照两个模块制定的内部协议来执行。

(2)自动跟踪

系统初始或一般状态为自动跟踪状态，来波的初始方位区域已给定，DSP模块每500 ms测向一次从而保证了系统能够紧跟信号来向。

(3)多次测向

考虑到实际信号中存在的干扰和误差，取多次测向中的平均值来作为实测方向。

(4)指定来波方向

指定来波方向后直接计算波束合成的权值，此时不利用接收的原始信号而是自己产生信号来进行波束合成权值的计算。

(5)显示通道波形或幅相差

DSP板将幅相差的数据回传给控制终端后并在终端计算机上显示。

(6)显示合成结果

DSP模块将波束合成的权值传输给波束合成模块，波束合成模块将权值和原始数据合成后回传过来并在控制终端上显示。

DSP模块程序框图如图3所示。

2.DSP模块结构

接收卫星信号的阵列天线为6×6的面阵，多通道接收机完成信号的采样，再经过数字下变频，送到处理单元的是36个通道的I、Q两路共72路数据。由于阵列信号的数据量大，算法也比较复杂，我们需要使用2片TS101S芯片并行处理来实现。

并行系统的互连结构包括2种方式：共享存储器结构和分布式结构。共享存储器结构的连接方式是将所有的处理器都连到一个通道上，该通道一般是一种背板总线(如VXI总线)，它既可以作为处理器间的通信媒介也可以作为处理器和共享存储器间的数据通信。这种结构数据传输的带宽远远大于直接连接的通信端口，但是存在着总线竞争问题，随着处理器数目的增加，处理器平均的总线带宽会降低，影响数据吞吐量。分布式结构处理器之间通过链路口进行直接的数据传输，链路口在处理器之间提供了高宽带的点对点通信。这种连接完全为了处理器之间的通信，但是在数据传输时会占用其他DSP芯片的内部资源。

TigerSHARC DSP芯片硬件上可以同时支持这两种并行体系结构，前者通过共享外部地址数据控制总线方式实现，后者通过DSP间的专用的链路口点对点的互连实现。本文所设计的DSP模块结构从通信网络的连接关系来看，既是共享总线系统，又是分布式系统，两片DSP芯片的外部地址总线、数据总线、控制总线直接相连，并且一起通过总线接口连接到VXI总线上，实现和其他模块的数据通信。由于每片DSP内部有6 Mbit的双口RAM，因此不需要外部数据存储器。DSP A和DSP B的链路口也直接相连，两片DSP可以通过链路口交换数据。DSP模块程序采用EPROM方式引导，两片DSP共用一片548K×8bit的FLASH DSM2150作为程序存储器。DSP模块框图如图4所示。