国产化信号处理平台的制作方法

本实用新型属于信号处理技术领域，具体涉及一种国产化信号处理平台。

背景技术：

目前应用于国防、军工、国家信息安全等领域的信号处理平台设备使用的核心器件基本上都是国外的产品，具有一定的风险，一是国外的器件留有后门的可能性，二是在非常时期，一些关键器件会被限制采购。由于信号处理平台的多个功能模块需要协同处理信号数据、国内的器件和国外的器件在性能上确实存在着差距，如果简单的替换部分器件，会出现器件之间不匹配的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种国产化信号处理平台。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种国产化信号处理平台，包括L波段变频模块、中频信号接入处理卡、国产CPU主板和存储卡，所述中频信号接入处理卡包括AD模块、DA模块和信号处理模块，所述L波段变频模块同时电连接有所述AD模块和所述DA模块，所述信号处理模块同时与所述AD模块和所述DA模块电连接，所述信号处理模块与所述国产CPU主板电连接，所述国产CPU主板电连接有所述存储卡。

具体地，所述信号处理模块包括两片存储芯片、三个FMC接插件、闪存卡、PCI PHY芯片、CPCI连接器、两片FPGA信号处理芯片和FPGA管理控制芯片，两片所述FPGA信号处理芯片和所述FPGA管理控制芯片的型号均为SMQ4VSX55，其中一片所述FPGA信号处理芯片同时与其中一片所述存储芯片、第一所述FMC接插件和第二所述FMC接插件电连接，另外一片所述FPGA信号处理芯片同时与另外一片所述存储芯片、第二所述FMC接插件和第三所述FMC接插件电连接，所述FPGA管理控制芯片同时与第二所述FMC接插件、所述闪存卡和所述PCI PHY芯片电连接，所述PCI PHY芯片与所述CPCI连接器电连接，所述CPCI连接器与所述国产CPU主板电连接，所述AD模块和所述DA模块分别对应接入其中一个所述FMC接插件上，两片所述FPGA信号处理芯片之间设置有片间数据互联通道，两片所述FPGA信号处理芯片与所述FPGA管理控制芯片之间均设置有片间数据互联通道，所述FPGA管理控制芯片与两片所述FPGA信号处理芯片之间均设置有配置文件通道。

为了能够具有信号处理扩展功能，两片所述FPGA信号处理芯片分别电连接有一片串行转换芯片，每片所述串行转换芯片均电连接有ZD高速连接器。

作为优选，所述存储卡为磁盘阵列。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型属于完全自主研发，器件之间具有良好的兼容性，不会出现器件被限制采购的问题，整体性能良好，可实现对无线信号(卫星、微波、雷达等)的接收、采集、处理、存储等功能，具有良好的可扩展性。

附图说明

图1是本实用新型所述国产化信号处理平台的结构框图；

图2是本实用新型所述信号处理模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1和图2所示，本实用新型包括L波段变频模块、中频信号接入处理卡、国产CPU主板和存储卡，中频信号接入处理卡包括AD模块、DA模块和信号处理模块，L波段变频模块同时电连接有AD模块和DA模块，信号处理模块同时与AD模块和DA模块电连接，信号处理模块与国产CPU主板电连接，国产CPU主板电连接有存储卡，这里存储卡为磁盘阵列，具有足够大的存储容量。

信号处理模块包括两片存储芯片、三个FMC接插件、闪存卡、PCI PHY芯片、CPCI连接器、两片FPGA信号处理芯片和FPGA管理控制芯片，两片FPGA信号处理芯片和FPGA管理控制芯片的型号均为SMQ4VSX55，其中一片FPGA信号处理芯片同时与其中一片存储芯片、第一FMC接插件和第二FMC接插件电连接，另外一片FPGA信号处理芯片同时与另外一片存储芯片、第二FMC接插件和第三FMC接插件电连接，FPGA管理控制芯片同时与第二FMC接插件、闪存卡和PCI PHY芯片电连接，PCI PHY芯片与CPCI连接器电连接，CPCI连接器与国产CPU主板电连接，AD模块和DA模块分别对应接入其中一个FMC接插件上，两片FPGA信号处理芯片之间设置有片间数据互联通道，两片FPGA信号处理芯片与FPGA管理控制芯片之间均设置有片间数据互联通道，FPGA管理控制芯片与两片FPGA信号处理芯片之间均设置有配置文件通道。

两片FPGA信号处理芯片分别电连接有一片串行转换芯片，每片串行转换芯片均电连接有ZD高速连接器，从而可以实现信号处理板间互联，进行信号处理功能的扩展。

本文件中元器件均为国产器件，各元器件的型号规格如下：

本实用新型所述国产化信号处理平台采用CPCI总线，选用2U 4槽的CPCI机箱，基础平台包含1张国产化中频信号接入处理卡(负责信号主处理)和1张国产CPU主板(负责平台控制)，同时国产化中频信号接入处理卡上还搭载国产化的AD模块和DA模块(负责信号接入采集)。另外，由于平台还将进行卫星通信信号的解调和译码应用测试，还将搭载国产化的L波段变频模块，具有信号下变频功能。

国产化信号处理平台能够完成信号的采集和预处理功能，可更换AD模块和DA模块，实现单路或多路采集，可覆盖200MSps以下采样率；单板提供2片国产FPGA信号处理芯片，资源相当于Xilinx公司XC4VSX55，且可以通过多板级联的方式扩展处理资源；FPGA资源可重配置，可实现应用重构；提供国产CPU主板，可做控制、显示及简单算法等应用。

国产L频段变频模块的主要组成是与成都国腾电子合作研制的L频段变频芯片。使用该芯片研制的L频段下变频模块，体积、功耗优势非常突出，通过背景噪声、杂散和误码率性能等指标的综合对比测试，在相同的工作频率与增益条件下，使用该芯片设计的变频模块与现装备变频模块性能相当，已经具备应用可能性。

目前国内最高端AD芯片主要在100MSps～200MSps，12-bit～16-bit采样精度，1.5GSps及以上采样的AD芯片也有。研制单位及生产厂家主要有中电二十四所、中电五十八所、中科院微电子所、北京芯锋宽泰公司等，以上单位均提供了AD样片供项目组评估试用。但总体来说国产AD芯片的SFDR、SNR、功耗以及最高采样率等指标相比国外同类产品还有一定差距。

采集子卡采用北京芯锋宽泰公司研制的ADC1002芯片，其官方标称指标如下所示：

a)通道数：1；

a)最高采样率：200MSps；

b)采样精度：12bit；

c)功耗：790mW；

d)SNR：63.6dB(典型值)；

e)SFDR：83.5dB(典型值)。

国产化中频信号接入处理卡完成中频信号接入输出以及相关的信号处理，其信号处理模块的具体结构在上述内容已经描述，该卡单板采用了3片FPGA芯片作为主芯片，选型为国微SMQ4VSX55，相对于上一代使用的SMQV6000，逻辑资源(SLICE、DFF、LUT)SMQV6000的1.5倍，DSP核为SMQV6000的2倍。

板上的3片FPGA其中两片与FMC子卡相连，作为信号处理的主芯片，也是用户进行二次开发的主芯片。第三片FPGA作为管理控制芯片，完成对两片信号处理芯片的管理控制、状态监测、配置下发、以及和两片信号处理芯片的数据收发。第三片FPGA的程序自主开发并固化，向用户提供接口定义和时序，以及数据交互的通信协议。

信号接入处理卡提供4Gb*4＝16Gb的DDR2SDRAM存储，数据存储带宽可达20Gbps。单板对外提供CPCI标准接口，同时提供8对2.0Gbps高速Serdes接口及其他接口；单板提供3个FMC插槽，每个插槽提供充足的LVDS接口，FMC插槽可以插入双通道AD子卡、单通道AD/DA双向单通道子卡、双向2.5G*4＝10G的光模块子卡

基于以上硬件框架，中频信号接入处理卡可以具备多种工作模块，实现不同的功能，主要有以下几种：

采集存储模式(快照方式)：FPGA对AD输入的数据不做任何处理，选择任一通道数据，通过PCI接口发送到主板，存储进硬盘阵列，由于国产芯片还不具备高速Serdes接口，处理板和主板之间无法建立高带宽的总线(RAPIDIO、PCIE)，处理卡与主板之间的PCI总线成为数据传输的带宽瓶颈，只能达到33M*32＝1Gbit/s，无法实现实时持续存储，因此在当前版本下采集存储功能只能实现快照模式，即FPGA先将数据存储进DDR2芯片，DD2存储满后再以相对较低的速度存储进硬盘，存储可分多次进行，每次执行可存储约16Gb的数据量。针对存储的数据，用户可以直接在主板上的单板计算机上进行应用开发，也可以通过主板上的LAN接口读取数据远程开发。

数据处理模式：如果FMC插槽插入的为双通道AD卡，FPGA对中频数字信号进行DDC、解调、译码，最终输出基带信号，通过PCI接口传送给主板进行存储；如果FMC插槽插入的是单通道双向AD/DA子卡，FPGA除了完成DDC和解调译码之外，还需要完成反向数字混频以及调制、编码。

在功能分配上，两片FPGA可以选择对称模式，即独立完成对应FMC子卡的基带处理，两片FPGA配置成一样的程序；也可以选择级联模式，即由第一片FPGA(左)完成DDC，由第二片完成解调和译码，并将基带信号送到管理控制芯片上PCI总线。

处理扩展模式：如果本板内两片FPGA的处理能力不够，可以插入多块处理卡，由其他板卡的FPGA进行协处理，通过背板互联，处理板卡之间具备双向8G的带宽。如果用户不需要提供这种模式，处理卡上的transceiver芯片不焊，降低系统成本。

快扫模式：FPGA对接入的数据进行FFT计算，得到的频谱结果由PCI总线送到主板，用户可在主板上或通过LAN接口远程开发软件，图形化界面显示接入信号的频谱特性。

模采模式：根据快扫所得到的接入信号频谱信息，对特征频段进行DDC、解调、译码得到基带信号。

中频信号接入处理卡为芯片与芯片之间，芯片与FMC子卡之间，以及板卡与板卡之间预留了充足的互联接口，以上所有的工作模块都可以在硬件平台不动的前提下通过配置两片信号处理主芯片FPGA的程序得以实现，为用户的二次开发提供灵活便捷的平台。

国产CPU主板采用龙芯中科的龙芯3A处理器。搭载龙芯3A处理器的主控卡相对较为成熟，前期的开发调试及操作系统试用工作均在该板卡上完成。使用搭载了龙芯3A处理器的爱斯顿龙芯6U CPCI主板ALX-13A。

对应上图主板的硬件框图，存储卡可以采用两种模式，第一种为直接与南桥芯片输出接在J3上的SATAx3对接，在存储卡上挂三块硬盘；第二种模式为与北桥芯片连接的pciex8对接，在存储卡上使用RAID阵列芯片，将pcie接口转换成多路SATA接口组成磁盘阵列。受限于处理卡与主板之间PCI总线的带宽限制，两种存储卡都可以满足要求。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。