高速数字记录系统中光纤下载卡的逻辑设计

数据记录及下载系统
如图1所示，雷达信号预处理机将采样到的信号进行一系列处理工作，最后形成一路或多路的光纤数据，送交外面的两个分支。一个分支是送交雷达信号处理机，进行真正的雷达信号实时分析处理。这个分支我们不关心。另一个分支是通过RocketIO传送至一块或多块数据记录板。

图1 数据记录及下载系统框图

数据记录在现场进行，存储到记录设备后，有两个用途，一是回放，即回放到雷达信号处理机中，复现进入时的情景；另一种是下载，即下载到本地微机上，对数据进行检查和处理。下载过程一般在实验室进行，下载方式有两种，一种是网络下载，另一种是光纤下载。

网络下载的缺点是速度慢，受网络带宽和芯片处理能力的限制，其传输速率一般为30～60Mb/s。优点是不需要额外的设备，只要设备支持网络通信即可。本地微机作为主控机，控制下载并存放下载的数据。

光纤下载是将记录设备的光口和专用的光纤下载卡互连，数据传输至光纤下载卡后，然后通过PCI总线转存至主机硬盘上。光纤下载的优点是下载速度快，采用Xilinx FPGA提供的高速串行链路IP核RocketIO，其下载速度可以达到2.5Gb/s，去掉开销也能达到2Gb/s，即250Mb/s，比网络下载提高了近一个数量级。缺点是普通微机没有光口，需要额外的光纤下载设备，插入本地微机，和记录设备对接，完成光纤下载。如图1中的粗黑的光纤和64位/66M的PCI总线就是供光纤下载之用。

光纤下载卡结构
图2为光纤下载卡结构图。如图2所示，光纤下载设备的和核心为一块Xilinx的V2 pro系列FPGA，其外围有两组DDR，用于数据的缓存。为了和外部交换板的光口互连，还有一个光模块。下载设备的另一端通过PCI总线和主机相连，主机可以是X86处理器或PPC处理器。

图2 光纤下载卡结构

可见下载设备的硬件结构比较简洁，其复杂之处在于FPGA内部的逻辑的控制。在FPGA设计中，除需要例化MGT核，PCI核外还要设计控制逻辑进行数据传输的控制。

数据传输一般来说有三种方式，包括程序直接控制方式、中断控制方式和DMA方式。

程序直接控制方式就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。它的优点是控制简单，缺点是CPU和外围设备只能串行工作，CPU的大部分工作时间浪费在对外部数据的读取过程中，其利用率很低。