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基于PowerPC的相控阵雷达模拟器设计作者：梁璐来源：《科技视界》 2015年第21期梁璐（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西西安 710068）【摘要】现如今随着雷达技术的不断发展，对雷达的性能测试条件往往会受到限制，然而模拟器的出现大大节省了时间和成本，而在雷达模拟器的发展过程中，基于VxWorks操作系统的PowerPC平台以其运算速度快，实时性稳定，调试方便等特点成为雷达系统设计的主流，主要从模拟器的组成以及实现进行相关的介绍。
【关键词】模拟器；VxWorks操作系统；PowerPC平台０引言在雷达研制过程中，为了给信号处理分系统提供回波信号波形，目标回波模拟器的存在至关重要。
随着大规模集成电路和数字电路的发展，雷达模拟器可以产生带有航迹信息且更为逼真的多目标回波信号，模拟的雷达回波信号由目标运动轨迹，噪声，杂波等组成，它为前期验证信号处理分系统以及终端开发跟踪动目标的相关算法提供了回波信号源。
同时随着舰载，陆基等雷达性能指标要求的不断提高，对功能实时性要求提出了更高的要求，基于多任务操作系统Vxworks的PowerPc平台在雷达技术软件开发中可以实现实时性、稳定性等方面的要求，应用也越来越广泛，本文针对相控阵雷达的实际应用环境，对雷达软件进行了设计与实现。
1 硬件平台介绍本文的雷达模拟器是基于飞思卡尔最新AltiVec-enabled处理器MPC8640D的硬件平台，在Vxworks操作系统上进行模拟器回波信号的开发。
MPC8640D具有双e600内核，工作主频可达到1GHz,32GFLOPs最高处理能力，有两个DDR2 SDRAM存储器接口，每个CPU连接2个4GBytes DDR2 SDRAM存储器。
模块提供了256Mbytes的带有写保护功能选择的 Flash，用于存储程序和静态信息，板上连接了32KBytes NVSRAM，用于存储启动信息和高优先级的系统信息，在断电时NVSRAM可以自动将数据转存到片内的EEPROM。
基于VxWorks的嵌入式二次雷达航迹记录仪设计韩林【摘要】为实现对二次雷达航迹数据的实时记录以及事后的回放分析,设计并研制了基于VxWorks实时系统的嵌入式记录仪,采用自定义缓冲队列的数据传输机制,充分考虑了任务之间的同步及互斥,并利用PC104板卡的硬件辅助时钟进行系统设计.实践证明,在航迹数据均值速率3.84 kbyte/s(96批/秒)(峰值速率为20.48kbyte/s即512批/秒)的情况下,能达到正常实况回放的效果.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2012(052)004【总页数】5页(P581-585)【关键词】二次雷达;航迹数据;记录仪;VxWorks嵌入式系统;缓冲队列;辅助时钟;任务互斥【作者】韩林【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都610036【正文语种】中文【中图分类】TN957在工程项目中，二次雷达系统需要配备一套基于以太网络的记录回放设备，用作记录目标航迹数据，并在事后可对所记录的数据进行回放分析。
目前，广为实现并被使用的记录回放设备主要有雷达等高速信号或各种视频信号采集及回放系统［1］，还有一部分记录回放设备被使用在了飞行器或空管系统的航迹记录与回放分系统中［2］，本设备类似于后者。
该设备以VxWorks嵌入式系统为设备运作平台。
VxWorks是目前嵌入式系统领域中被广泛应用且市场占有率比较高的嵌入式操作系统，同时也具有较强的网络功能。
该操作系统具有高效的代码和良好的可裁剪性，以及良好的可移植性。
系统提供基于优先级的任务调度、任务间同步与通信、中断处理、定时器和内存管理等功能。
本项目研发过程中利用了VxWorks系统的多任务调度机制，以由数据描述结构体组成的自定义缓冲队列［3］为记录（回放）数据的缓存及在任务间传递的方式，代替了以消息队列为任务间通信的传统方式；软件流程设计上，以命令解释任务为所有远程网络命令响应任务生成的源头，有效提升了多任务运行环境下任务之间的互斥性能，从而增加了系统运行的可靠性；同时，为了达到在数据回放时能较精确地实现数据的实况回放（回放的数据（信号）与当初采集的数据（信号）格式基本相同且速度相同），还利用到了系统运行硬件平台——PC104板卡中的辅助时钟来完成数据回放部分的设计。
VxWorks操作系统在雷达计算机系统中的应用
陈明哲;郭敏;蔡兴雨
【期刊名称】《火控雷达技术》
【年(卷),期】2004(033)001
【摘要】把实时多任务操作系统VxWorks引入到雷达系统,介绍VxWorks操作系统的特点,针对雷达实时控制软件,浅谈VxWorks在处理分系统事件、图像显示和网络通讯等几个模块中的应用.
【总页数】4页(P30-33)
【作者】陈明哲;郭敏;蔡兴雨
【作者单位】西安电子工程研究所,西安,710100;西安电子工程研究所,西
安,710100;西安电子工程研究所,西安,710100
【正文语种】中文
【中图分类】TN95;TP274
【相关文献】
1.模块化多任务实时应用航管雷达数据处理计算机系统 [J], 吴志军
2.基于VxWorks操作系统的雷达显示软件屏幕截图技术研究 [J], 郑元珠
3.VxWorks操作系统下抢占式调度方法在某型雷达中的应用 [J], 李川
4.VxWorks操作系统在多功能相控阵雷达中的应用 [J], 黄银园
5.VxWorks操作系统在平台罗经计算机系统中的应用 [J], 袁群哲;王英才;郑振宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于G4平台的嵌入式VxWorks系统在雷达信号处理中的应用引言在雷达系统的数字信号处理中，其主要特点是数据流量大、运算量大和处理的实时性，单片高性能的DSP 芯片也不能满足处理要求，必须采用多DSP 板作为数字信号处理平台。
开发复杂的多DSP 板硬件平台需要投入大量的人力而且开发风险较大，购买专业公司开发的稳定、可靠的通用数字信号处理平台是数字信号处理领域发展的趋势。
设计人员只需致力于信号处理算法的研究，利用高级语言编写算法软件来完成系统要求，从开发复杂的硬件平台中解脱出来，降低了整个信号处理系统的开发风险，缩短了开发周期。
本文介绍一种通用的G4 数字信号处理硬件平台，该平台选用基于抢占式多任务VxWorks实时操作系统作为平台的操作系统，它能管理各种独立任务的执行，每个任务能及时响应外部事件并且能及时处理。
它为整个雷达信号处理能实时完成处理提供了很好的系统软件支持。
G4 硬件平台的基本结构和特点G4 平台基本结构G4 DSP 功能框图如图1 所示。
图1G4 DSP 功能框图如图1 所示，G4 硬件平台是一块由4 片CPU 组成的数字信号处理板，CPU 是摩托罗拉公司PowerPC 系列MPC7410 RISC 的微处理器，处理器支持对称多处理器技术( SMP) ，内核时钟500 MHz，包含多个运算处理单元，支持哈佛结构和指令流水线操作，具有SIMD 特点，在一个时钟周期可执行8 条指令；集成了128bit AltiVec 执行单元，14 GFLOPS 数据处理能力，能够快速地完成卷积、FIR 滤波器和FFT 等数字信号处理算法；内部总线是60X 总线(32 位地址总线和64 位数据总线) ，100MHz 的外围设备总线速度，包含32kbyte 一级指令Cache 和数据Cache，支持最高2Mbit 的外部L2 CACHE，。
电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering基于VxW orks 的三坐标雷达点迹处理算法研究张琛戴健刘德龙(中国船舶重工集团公司第七二三研究所江苏省扬州市225001 )摘要：本文依据相控阵雷达的扫描原理，分别介绍了基于抛物线模型的比幅测角、测角后的距离凝聚、方位向上的凝聚以及俯仰向 上的凝聚，同时从仿真和真实回波多角度验证算法的可行性。
关键词：抛物线模型；比幅测角；距离凝聚；方位凝聚；俯仰凝聚1引言雷达原意为无线电探测和测距，顾名思义就是用无线电的方法 发现目标并对距离位置进行探测计算，因此雷达也被称为无线电定 位。
本文讨论的对象是三坐标相控阵雷达，相控阵雷达天线具有波 束扫描变化快速、灵活等特点，在波束的形成上是多种多样的，测 向方法也有很多种。
本文讨论的某型号相控阵雷达采用多个波束同 时探测，点迹凝聚模块对接收到的多波束回波信息进行测角凝聚等 操作，最终获得目标的位置信息。
本文采用的测角方法是基于抛物 线模型的比幅测角，凝聚方法为质量中心法。
详细算法描述见下文。
2问题描述本文描述的点迹处理主要包含接收视频数据、比幅测角、距离 凝聚、方位凝聚、俯仰凝聚，依次完成这些操作后，获得当前目标 的具体位置，完成从视频信息到点迹的整个处理过程。
VxWorks 是由美国风河公司研制的具有高可靠性、高灵活性以 及高实时性的嵌入式操作系统，在雷达数据处理的过程中也同样需 要很高的实时性、可靠性，同时在程序调试过程中也需要操作系统 具有尽可能高的灵活性，因此我们选择了 VxWorks 系统来运行点 迹处理算法。
点迹处理的运算是一个相对复杂的过程，需要结合大量的相关 信息，这些信息通过信号处理的雷达控制块（下文简称为RCB ) 传递给点迹处理单元，这些信息包括雷达天线指向（方位、俯仰）、 接收波束的指向间隔（方位、俯仰）、雷达区域信息（雷达扫描范 围）、雷达波位信息（方位、俯仰的波位号）、当前时间戳等等。
相控阵雷达中心机的设计与实现韩晓威【摘要】本文通过对相控阵雷达中心机系统需求分析,结合雷达资源管理的思路,采用并行时序和串行数据流相结合的设计方法,论述并验证了一种中心机系统开发方案.【期刊名称】《现代导航》【年(卷),期】2012(003)002【总页数】4页(P115-118)【关键词】相控阵雷达;资源管理;多波形设计;跟踪管理【作者】韩晓威【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,西安 710068【正文语种】中文【中图分类】TN958雷达资源管理主要包括雷达时间管理和雷达能量管理，实现在一定时间内完成更多功能（多批目标跟踪、高跟踪数据率），最大限度节约和利用雷达能量（搜索多量程、跟踪多波形设计）。
雷达的资源管理一般通过中心机系统实现，主要包括合理设计雷达工作时序以及调度雷达的各种工作模式，已达到最大限度的利用雷达的时间和能量资源。
本文通过对某相控阵雷达系统的详细分解，结合雷达数据流方式完成中心机的硬件及软件设计。
1 系统分析雷达采用有源相控阵体制，各分系统与传统雷达区别不大，为了最大限度发挥相控阵雷达的优势，需要消除AD后数字信号的传输与信号处理的时间瓶颈，因此雷达整机数据流采用并行和串行相结合方式。
频合器、波控机、接收机采用定时时序并行实时控制方式，信号处理、中心机及显控终端则采用串行非实时传输方式。
中心机系统通过内部总线控制定时器完成雷达时序的切换；中心机系统通过光纤接口控制频合器切换雷达工作频率；中心机系统通过光纤接口与波控机进行数据通信，完成雷达天线相位控制及辅助信息查询；中心机系统通过光纤接口完成接收机通道的控制及数据采样；中心机系统通过RS422串口与伺服相连获取雷达天线位置信息，同时控制天线转动；中心机系统通过LinkPort接口与信号处理通信完成目标检测与跟踪控制；中心机系统通过以太网完成显控终端的数据通信。
中心机系统与各分系统的连接关系如图1所示。
2 系统设计中心机系统硬件主要为PowerPc7448处理器（主频1GHz），512M DDR内存，并通过FPGA扩展其它接口，主要接口有 RS232/422/485、百兆以太网、全双工光纤，此外板载128M FLASH用于程序存储，512K NVRAM用于实验数据的掉电保护。
V x W o rk s操作系统在多功能相控阵雷达中的应用Ξ黄银园(南京电子技术研究所 南京210013)【摘要】 提出了把抢占式实时多任务操作系统V x W o rk s引入到雷达系统,特别是多功能相控阵雷达中的必要性;分析了V x W o rk s操作系统的优点;针对其图形功能弱的缺点和现有雷达显示系统的硬件条件,作者提出了在V x W o rk s操作系统下实现高分辨率光栅图形显示的方法及具体的实现过程。
此方法适用性广,能应用于以Tm s34010(或Tm s34020)图形芯片为核心的任何雷达系统。
【关键词】 抢占式实时操作系统,多任务,相控阵雷达,高分辨率光栅显示A pp licati on of V x W o rk s O p erating Systemin M u ltifuncti onal Phased A rray R adarHUANG Y i n-yuan(N an jing R esearch In stitu te of E lectron ics T echno logy N an jing210013)【Abstract】 T he paper p resen ts V x W o rk s,a p reemp tive real2ti m e m u ltitask operating system(R TO S)app lied in radar system,especially emphasizes the essen tial of the app licati on of V x W o rk s operating system in m u ltifunc2 ti onal phased anay radar.It analyzes the good qualities of the V x W o rk s operating system;po in ted to V x W o rk s’s sho rtcom ing in graph ics p rocessing and ex isting hardw are conditi on of radar disp lay system,th is paper po in ts ou t the techn ique and its detailed i m p lem en tati on of h igh reso lu ti on raster graph ics disp lay in V x W o rk s operating sys2 tem.T h is m ethod can be w idely u sed in any radar system w ho se graph ics board CPU based on TM S34010o r TM S34020.【Key words】 p reemp tive real2ti m e operating system,m u ltitask,phased array radar,h igh reso lu ti on raster disp lay1 引 言多功能相控阵雷达集搜索、跟踪、制导等功能为一体。
它具有如下特点:1)搜索与跟踪功能兼备,具有多目标的跟踪能力;2)能对多枚导弹发出制导指令;3)反应时间短。
这些任务都是相对独立的且不需要串行完成的。
而且任务也有优先级之分,优先级高的任务需立即响应,而其它的一些任务可以迟后一些完成。
这就要求计算机系统必须具备实时处理多任务的能力。
整个相控阵雷达都要在系统软件统一管理指挥下运行。
合理调度,管理各雷达资源以保证优先级高的任务能实时完成,而其它的任务也能在一定的时间限内完成则必须引入多任务抢占式实时操作系统。
以往的单任务模式的操作系统(如DO S)和以时间片为调度基础的多任务操作系统已根本不能满足相控阵雷达的要求。
在众多的实时多任务操作系统中,V x W o rk s以其优良的功能和卓越的性能成为多功能相控阵雷达的首选。
2 V x W o rk s操作系统的特点V x W o rk s操作系统是由美国W indR iver公司推出的嵌入式实时操作系统。
厂商对系统的实时性、高可靠性等进行了精巧设计;而且还提供了独立而完备的系统开发和性能测试工具。
主要有以下优点:1)高性能的微内核结构:W ind Kernal最小时才几K,提供了很大的灵活空间和裁剪空间,满足各个嵌入式应用的要求。
它的主要特点是:a1高效的任务管理:无限数目多任务,具有256个优先级。
b1快速灵活的任务间通讯:三种信号灯(Sem ap ho re):二进制、计数、有优先级继承特性的互斥信号灯。
管道(P i p e)、消息队列(M essage queue)、信号(Signal)。
网络套接字(Sock2 et)。
共享内存(Shared M em o ry)。
2)多任务环境:因为外部事件是离散的、并发的,事件发生的顺序是不可预测的。
多个事件可以2001年8月现代雷达第4期Ξ以列队的方式进行调度,或依次序处理,或并发处理。
多任务环境提供了一种并发处理实现的机制,并发机制是通过让很多任务并行运行而实现的。
3)强实时性:最大响应时间≤10Λs,主要体现在以下三点:a.CPU调度方式以优先级为基础的抢占方式。
高优先级的任务可以打断低优先级的任务。
对于同一优先级的任务可以按时间片轮询方式,也可以是F IFO方式。
b.系统开销小:系统任务与应用程序任务都运行于超级模式(Sup erviso r m ode),节省了系统调用时间(由用户态进入系统态的时间);内存管理方式为F lat M ode,所有的任务都驻留于同一公共内存空间,节省了任务切换时间(T ask Con tex t Sw itch)。
c.任务切换使用中断驱动方式:中断服务程序没有任务上下文(T ask Con tex t),缩短了中断的时延。
4)良好的系统稳定性和可靠性。
某一任务的错误不会影响其它任务的执行,操作系统挂起错误任务,其它的应用任务和系统不会受到影响。
5)对称式多CPU支持:多个CPU运行可提高运算能力。
在每个处理器内部多任务并行可提高系统的响应时间,防止单个任务阻塞其它任务。
多个CPU中的某个CPU发生故障也不会影响其它CPU工作。
通过对并发事件的并行处理能使事件并行运行,从而提高响应速度。
6)强大的网络功能支持:提供TCP IP协议组的支持;还提供一些实用程序和服务,如FT P Ser2 vices,远程过程调用(R PC),远程登录,远程文件存取等等。
7)灵活方便的I O系统,使得用户添加设备驱动程序非常方便。
8)程序代码移植性好:支持PO S I X1003.1b规定,在不同的处理器上开发的应用程序一致。
9)快速灵活的文件系统:支持网络信息交换,文件系统包括局部文件系统和远程文件系统,通过网络可“透明”的(T ran sp aren t)与另一个具有客户机 服务器的网络文件系统共享文件。
10)提供友好的交叉开发平台:a.开发集成环境To rnado有两种版本支持:基于W indow系统和基于U n ix系统的开发平台,具有可视化图形界面,程序开发直观方便。
b.开发语言采用C、C++。
c.调试方式灵活:可采用任务级的调试方式,各任务可单独调试;也可以采用系统级调试。
d.支持应用程序的动态联接和动态下载,使开发者省去了每次调试都将应用程序与操作系统进行联结和下载的步骤,缩短了编辑-调试周期。
V x W o rk s还提供了许多软件工具,如W ind2 V iew、Scop ePak等帮助开发者动态调试诊断应用系统,还提供性能测试包Perfo rm ancePark,检查内存泄漏和查看CPU工作情况等。
V x W o rk s操作系统已成为嵌入式系统和实时应用系统的主流。
V x W o rk s是多功能相控阵雷达中计算机操作系统的最佳选择。
但是V x W o rk s支持的图形用户环境很弱,它只支持标准的V GA模式。
作为人与雷达交互的雷达显示器要求显示分辨率远远大于640x480,所以在此平台上,我们需要解决高分辨率雷达图形、图像显示问题。
3 雷达计算机与显示系统接口图1 雷达计算机与显示系统接口框图如图1所示,V x W o rk s运行于计算机硬件平台上,与应用软件一起完成雷达要求的各项功能。
面对有限的雷达资源,必须保证以最大的概率去完成雷达的任务。
因此,雷达系统资源的调度必须遵循一定的原则。
在任何情况下,都不能延误高优先级(即紧急)的任务。
任务优先级的划分主要以雷达战术指标和目标威胁程序为准则,一般认为在近距离且高速度接近的任务都属于优先级高的任务。
任务运行的结果最终输出有两种形式:a.以控制命令的形式发送给雷达其它子系统。
b.以图形的形式输出各种目标数据到高分辨率光栅显示器上。
其中包括各种现场环境、态势、汉字、字符等等各种信息,提供一个清晰的雷达画面,供指挥员观察、分析、决策。
因此,在V x W o rk s下解74第4期 黄银园:V x W o rk s操作系统在多功能相控阵雷达中的应用 决高分辨率图形显示已成为一个重要的问题。
4 雷达图形显示的实现方式在雷达系统中,目前国内基本采用高分辨率光栅显示器,雷达图像分辨率要求高于1600x1280。
我们通常采用以下几种方法。
1)计算机把采集和处理后的各数据信息通过计算机总线输送给图形控制板。
由图形控制板内的程序通过信息接收,转换产生出图形信息。
这种图形控制板的程序设计是基于Tm s34010芯片。
2)开发在V x W o rk s操作系统下的图形驱动程序。
V x W o rk s有一个扩展模块Zinc,它提供较强的图形功能。
但它支持的分辨率不高。
如果选用Zinc 支持的图形芯片,就可以采用这种方法开发驱动程序,提高图形分辨率,而雷达显示器大都采用Tm s34010芯片,它不被Zinc支持。
3)在应用程序层实现作图功能。
这种方法需要开发一个通用图形接口库,以函数库调用的方式实现作图,它具有一定的通用性和实用性。
比较以上三种方式,第一种方式显示软件开发工作量大、效率低;第二种方法以目前的硬件条件不合适;第三种方法是合理有效的解决途径,我们选用第三种方法实现。
5 通用图形库的设计原理Tm s34010芯片具有很强的图形处理能力,它具有2D加速功能,芯片提供与主机的快速DM A通道,即主机可以快速地操作图形控制板内的存储器; T I公司提供了丰富的图形函数库。
这样的基础使我们决定使用以下的作图模型:主机上的通用接口库通过计算机总线只是提出作图申请,而作图功能的真正实现却是由图形控制板来完成的。
