一种基于DSP和CAN总线的多通道雷达引接系统

文章编号:049026756(2005)0320628204
一种基于DSP 和CAN 总线的多通道雷达引接系统
应三丛,游志胜
(四川大学计算机学院,成都610064)
在航空领域中,为对一个大空域进行实时监测,必须使用多部雷达来覆盖整个空域,并把所有的雷达数据引接到指挥中心,进行分析处理和监控.雷达数据经长距离传输,在指挥中心对它们进行最佳的多通道集中引接和处理,成了准确对空中目标监视和指挥的一大关键问题.在雷达数据的传输中,有的采用载波传输,有的采用基带传输,其链路层数据格式多样化,如高级数据链路控制(HDLC )、东芝双同步和汤姆逊双同步(BSC )等.为此,在一个航管系统中,需要在完成雷达数据引接的同时,把各种格式的雷达数据进行通信规程适配,以便实时采集到通信处理机进行集中处理.
目前,常采用8051单片微机作为核心芯片进行处理的模式,使系统存在不足和问题,如通道的扩展受到限制、可靠性无法保证、处理速度无法提高、现场适应性差和工作状态无法实时监控等.我们针对这些问题,采用了数字信号处理(DSP )和CAN 总线,研制了一种多通道雷达数据引接系统,成功地实现了16通道雷达数据(同步和异步雷达等)的引接和规程统一适配,满足了快速和智能化引接与监控的要求.1　系统结构
为提高系统的可靠性、抗干扰性、电磁兼容性和可维护性,满足不同用户对多通道雷达数据引接的要求,系统除采用常规模块化设计和冗余热备份外,对系统内部运行和工作状态采用监控模块进行了实时监控,构成了一种新型多通道雷达数据引接系统,如图1所示
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图1　硬件结构框图
Fig.1　System handware framework diagram
系统由双通信处理机、双电源插卡、16个数传模块(D TM )、1个监控模块(MCM )和母板组成,设计的16个D TM 插槽,使数传模块可以在线拆换而不影响整机的工作,且可以根据现场实况配置其工作状态.同时,其中3个插槽可以复用为转发通道,使实现双通道选优成为可能.为了保证系统的稳定性和可靠性,系统除设计为双电源卡供电,数据处理由热备份双通信处理机完成外,专门设计了监控模块(MCM ),实时在线监测和控制各电源卡、数传模块和输入输出信号线的工作状态,这是保证系统长期稳定运行的关键.由于内部需要实时监控的数据量很大,如每个数传模块的工作状态(模块输入/输出信号线通/断状态、模块正常/异常状态和同步/异步雷达等)至少需用64bits 来表示,使监控模块需以高的数据传送波特
收稿日期:2004208218
作者简介:应三丛(1975-),男,2002级博士研究生.
2005年6月
第42卷第3期四川大学学报(自然科学版)Journal of Sichuan University (Natural Science Edition )J un.2005Vol.42No.3
率对50个以上的监控目标进行高速分时数据采集和控制命令传送.为此,MCM 和D TM 间的通讯采用了具有高可靠性、支持多节点、高数据传输率和自动仲裁总线占有权等特性的CAN 总线,选用TMS320L F2407A 型DSP 器件实现.
针对TMS320L F2407A 型DSP 的CAN 控制器,其波特率可由(1)式计算.
B R =I clk (B R P +1)B T =1TQB T (1)
其中,为了设置不同的波特率,B R P 是一个可以调整的常数;B T 表示CAN 总线传输中,一个数据bit 占用的TQ 数目,其计算公式为
B T =(T G 1+1)+(T G 2+1)+1
(2)式中,T G 1和T G 2是用于调节CAN 通讯中每一位(bit )的时间和采样位置的参数,可以根据使用情况调整该参数,以便保证CAN 总线通讯的可靠性.
根据式(1)和式(2),假如T G 1=4,T G 2=3,B R P =3,且DSP 的内部时钟I clk =40MHz ,那么,CAN 总线的波特率可以达到1Mbit/s.每个数传模块的工作状态用8Byte (64bit )表示,16个数传模块只需采用1024bit (16×64).因此,当监控模块以1s 为周期,寻检16个数传模块、2个电源模块和16对输入/输出线的工作状态时,CAN 总线的带宽可以完全满足要求.
2　数传模块(D TM )
数传模块的硬件结构框图如图2所示
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图2　数传模块的硬件框图
Fig.2　DTM block diagram
各数传模块设计相同,便于互换维护.为了能够满足某些高传输率(如64kbps )的雷达数据引接,数传模块(D TM )采用了一个德州仪器(TI )公司TMS320L F2407A 型的DSP 作为核心芯片,来快速适配各种格式的雷达数据.TMS320L F2407A 是TMS320C2000平台下的一种定点DSP 芯片,该DSP 内部设计有看门狗定时器、32k 字的FLASH 和2.5k 字的RAM ,同时内含CAN 通信模块,符合CAN2.0规范要求.
由于采用了集成度高、功能强的TMS320L F2407A 芯片,使数传模块的硬件结构大大简化,仅需配置少量外围器件,如完成与监控模块通讯的一片CAN 收发器(TJA1050);使系统的输入输出满足EIA 2RS232C/D 标准的TTL 电平和RS232电平的适配器件等.数传模块的主要功能通过编写DSP 的各功能软件来实现,如提高对现场适应能力的程序模块来读取设置信息并把数传模块配置为相应的功能;CAN 收发功能模块,使数传模块和监控模块能通过CAN 总线互相通讯;为了采集和遥出同步雷达数据,设计了外部中断服务程序,实现了采集同步位流和发送同步位流的功能;为了对采集的同步位流进行各种规程适配,设计了雷达数据处理软件模块,将各种同步雷达数据变换处理为统一的异步雷达数据送通信处理机,通信处理机只需处理同一种类型的雷达数据;为了保证异步雷达数据能送给后台RDP (雷达数据处理
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模块)处理,设计了异步串口收发程序;同时为了采集数传模块的各工作状态,设计了实时检测模块;看门狗软件模块,在主循环中定时触发看门狗定时器,防止数传模块程序死机,增强系统的抗干扰能力.因此,仅对一片DSP 芯片进行恰当的程序开发便可实现数传模块的所有功能.各程序模块主要采用C 语言编写,模块化设计,便于维护.编译连接的30.6kB 程序可以直接固化到DSP 内部,而无需外扩RAM 和ROM.
3　监控模块(MCM )
监控模块的硬件结构框图如图3所示
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图3　监控模块的硬件框图
Fig.3　MCM block diagram
模块除采用一片TMS320L F2407A 型DSP 作为核心控制单元以外,其外围电路也很简单,只需配置与双通信处理机通讯的一片串口扩展芯片ST16C550,一片实现MCM 和D TM 之间通讯的CAN 收发器,以及电平适配电路和状态显示电路等.
数传模块实时刷新其工作状态.监控模块也定时寻检各数传模块、电源模块和输入输出线的状态,并定时上传监控信息给上位微机显示或处理,使引接系统的工作状态和关键过程在全系统上可实时处理并可视化,极大提高了全系统的可靠性和智能化.监控模块实时数据采集、处理和遥控发令等功能的实现依赖于对DSP 芯片的程序开发.使用C 语言编写各功能模块,如CAN 的收发模块,实现MCM 和D TM 的通讯;双串口的收发程序模块,实现与双通信处理机通讯;命令处理模块,实现通信处理机的命令和CAN 命令的相互转换;定时模块,实时检测电源状态和转发手动设置状态等.
4　结果和讨论
多通道雷达引接系统已用图4装置进行了测试.工控机经MOXA204卡发送各种标准格式的同步雷达数据(如HDLC ,BSC 等格式).经过引接系统接收处理后送给通信处理机,通信处理机在完成雷达信号处理的同时,将收到的数据经过输出模块遥出返回送到204卡接收,测试工控机将发送的数据和接收的数据进行闭环统计比较.经过72h 长时间运行测试,多通道雷达引接系统没有发现丢包和错包现象(见附表).其中,接收的雷达数据包数总比发送的雷达数据少2～3包,是因为被测雷达数据引接系统设计有一缓冲区造成的.因此,该系统设计保证了工作的稳定性.对系统的电磁兼容性,测试指标都能满足要求.整个系统形成了智能化的雷达引接系统,可以对各故障实时在线监控,且能即时推出故障告警
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图4　雷达系统测试平台框图
Fig.4　Test block diagram of radar system
036四川大学学报(自然科学版) 第42卷
该系统已经应用于实际的工程项目中,在机场现场已经长时间不间断运行,其稳定性和可靠性已经在实际的应用环境中得到检验.该系统的功能有待进一步增强和提高,例如,在数传模块中,增加检错和纠错功能等.
附表　测试结果
Add.Tab.　Test result
测试时间(h )
发送雷达数据(包)接收雷达数据(包)数据校验出错(包)丢失数据(包)1
31884318820012
3826093826060024
7652167652140048
1530431153042900722295648229564500
特别感谢许祖润教授对本文的讨论和指导.
参考文献:
[1]　德州仪器)TI )公司.《TMS320L F2407A ’s user guid 》和《TMS320L F2407A ’s datasheet 》[S].美国德州.2001,2002.
[2]　刘和平.TMS320L F240x DSP 结构、原理及应用[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[3]　曹志刚,钱亚生.现代通信原理[M ].北京:清华大学出版社,1992.
A N e w MultiI 2Channel R adar Interface System
B ased on the CAN Bus and DSP
Y IN G S an 2cong ,YO U Zhi 2sheng
(College of Computer Science ,Sichuan University ,Chengdu 610064,China )
Abstract :It was presented a new multi 2channel radar interface system based on the CAN bus and the DSP.The system configuration and the realizations of its modules were discussed.The multi 2channel adaption cards were worked parrellelly ,which improved the system flexibility ,the processing and transporting speed of radar datum.The experimental results were confirmed that the whole system feature and the reliability were en 2hanced by this configuration of real 2time monitoring and controlling.
K ey w ords :CAN bus ;DSP ;radar data adaption
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