一种基于SYS/BIOS与网络通信的雷达信号处理系统实现和调试方法与流程

一种基于sys/bios与网络通信的雷达信号处理系统实现和调试方法
技术领域
1.本技术属于信号处理领域，特别涉及一种基于ft_m6678dsp芯片sys/bios操作系统和网络通信的多核dsp雷达信号处理系统的实现和调试方法。本发明可适用于ti和国产ft 6000系列dsp为核心的地面、机载、弹载、船舶嵌入式信号处理系统中。


背景技术：

2.sys/bios作为强实时操作系统，用于为应用程序提供实时的任务调度、同步和处理功能，提供了基于优先级的多核创建和执行模块、信号量同步模块、硬件驱动模块以及实时的分析配置工具。最重要的是，sys/bios提供了一套内部处理器通信机制ipc，用于多核处理器内处理核之间的通知。
3.随着雷达系统和信号处理算法的发展，雷达信号处理在实际应用中对数据量、算法复杂度、实时性、功耗等方面对雷达系统的要求越来越高。要实现一个稳定、实时性高的雷达信号处理平台，需要在调试过程中花费大量的时间、精力和人力，特别是在信号处理算法的每一步计算和验证中，需要仔细、严谨的重复导入导出数据，与matlab的算法程序运行结果进行对比验证。另外，在运动平台或者外围机械结构拆卸困难的情况下，jtag口、仿真器和pc端之间信号连接的可靠性较难保证，对dsp内部数据的访问增加了很多困难。故而，实现一个效率更高，操作更方便的雷达信号处理调试平台是是非常有必要的。
4.目前，对雷达信号处理的调试平台的研究仅限于在sys/bios操作系统中实现任务的实时调度，并未实现八核同时跑一个程序、实时的调试平台和相应的调试工具。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题
6.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种基于sys/bios操作系统和网络通信的多核dsp雷达信号处理系统的实现和调试方法，以满足雷达信号处理平台高效的任务调度和高效灵活方便的系统调试。
7.技术方案
8.一种基于sys/bios与网络通信的雷达信号处理系统实现和调试方法，其特征在于步骤如下：
9.步骤1：将存有dsp片外flash固化程序对应和上位机的pc端通过网线与被访问的dsp设备相连，上位机和dsp设备通过网络udp协议进行通信；
10.步骤2：dsp设备上电，dsp从片外flash自动加载固化程序并运行，固化程序具备网络udp协议通信功能，驻留的网络接收线程阻塞在数据发送状态，等待邮箱队列不为空时退出阻塞状态；
11.步骤3：在主函数中完成系统的初始化后，使能硬件中断，启动定时器模块，使能软件中断，启动任务线程，调用bios_start函数开始启动系统；
12.步骤4：主函数运行完之后，整个启动过程由sys/bios系统监管，sys/bios内核根据配置好的任务类型和优先级调度各个任务；
13.步骤5：fpga发送硬件中断信号并传输脉压数据给dsp，dsp接收数据并执行脉冲多普pd雷达信号处理流程；
14.步骤6：在dsp接收脉压数据的同时，dsp实时将脉压数据经由网络发送给pc端上位机软件显示界面实时显示；
15.步骤7：在雷达信号处理流程的每一步，都可将调试数据发送给邮箱队列，再经由网络发送给pc端上位机软件保存成文件，文件可用作系统调试的下一步分析对比。
16.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
17.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。
18.有益效果
19.本发明提供的一种基于sys/bios操作系统和网络通信的雷达信号处理系统设计和dsp内部数据读取方法，一方面利用sys/bios操作系统实现多线程并发调度、低耦合分层架构设计和在国产ft_m6678dsp芯片上多核跑同一个程序，另一方面使用pc端上位机和网络协议实现pc端对dsp内部数据的远程访问。本技术通过上位机联合dsp的操作系统实现对雷达信号处理的中间结果的实时显示和远程访问，具有易于调试和维护的特点，实性高，缩短了代码开发时间。
附图说明
20.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
21.图1是本发明的硬件结构框图；
22.图2是本发明的软件系统处理的总流程图；
23.图3是本发明的系统处理的数据流；
24.图4是本发明的网络模块工作流程；
25.图5是本发明的实时显示软件的ui界面；
26.图6是本发明的实时显示软件的工作流程图；
27.图7是本发明的点迹分析软件的工作流程图；
28.图8是本发明的点迹分析软件的ui界面。
具体实施方式
29.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术的一部分实施方式，而不是全部实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，
本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
30.本发明的物理依据是：该方法利用ti和国产ft 6000系列dsp集成开发软件平台(ide)进行软件开发，该ide是由ti提供发布的code compose studio(简称ccs)开发工具。sys/bios是可扩展的实时内核，用于需要实时调度和同步或者实时仪器的应用，提供了抢占式多线程、硬件抽象、实时分析和配置工具，可静态或者动态配置内存，最小化程序大小，其线程模块支持硬件中断、软件中断、任务、空闲函数和周期函数等多种线程类型，提供了支持线程之间的通讯和同步的结构，帮助用户在目标板上达到最小存储要求和cpu资源内耗。
31.qt creator是一个用于qt开发的轻量级跨平台集成开发环境，包含了一套用于创建和测试基于qt应用程序的高效工具，具有优良的跨平台特性、面向对象、丰富的api。qt支撑起数百万设备和应用程序的开发和运行，其架构经过精心设计，达到了简单和强大的和谐统一。
32.实现本发明的技术思路是：对雷达信号处理过程中的雷达回波数据的接收与存储、pd处理流程、目标报告、ipc通信、实时上报系统状态以及与上位机软件的网络通信等分别注册为软件中断和硬件中断。实现一个基于opengl和网络通信的实时显示雷达回波数据的平台和一个基于网络通信的点目标报告的分析软件。
33.本技术提供了一种基于sys/bios与以太网的雷达信号处理系统实现和调试方法，所述方法主要包括以下步骤：首先将pc端和dsp端通过网络互联；然后系统上电，dsp端加载启动dsp片外falsh的程序；在主函数中系统完成环境、外部设备的初始化后，使能硬件中断，启动定时器模块，使能软件中断，启动任务线程，调用bios_start函数开始启动系统；主函数运行完之后，整个启动过程由sys/bios系统监管，sys/bios内核根据配置好的任务类型和优先级调度各个任务；fpga发送硬件中断信号并传输脉压数据给dsp，dsp接收数据并执行脉冲多普(pd)雷达信号处理流程；在dsp接收脉压数据的同时，dsp实时将脉压数据经由网络发送给pc端上位机软件显示界面实时显示；而在雷达信号处理流程的每一步，都可将调试数据发送给邮箱队列，再经由网络发送给pc端上位机软件保存成文件，文件可用作系统调试的下一步分析对比。本技术通过上位机联合dsp的操作系统实现对dsp内部数据的实时显示和远程访问，具有易于调试和维护的特点，实时性高，缩短了代码开发时间。
34.图1为一种基于sys/bios与网络通信的雷达信号处理系统实现和调试方法的硬件结构框图。a/d转换信号采集雷达原始数据，将数据传输给fpga芯片，fpga芯片收到数据后，对数据做下变频和脉压处理后，传输给dsp芯片，dsp芯片对传输过来的脉压数据进行脉冲多普勒处理，在过程中，将脉压数据实时发送给上位机进行显示，将信号处理过程中的内部数据发送给上位机保存成文件。
35.图2、图3和图4为本发明的第一方面提供一种基于国产飞腾dsp芯片sys/bios操作系统的雷达信号处理系统的实现方法，包括以下步骤：
36.步骤1：搭建sys/bios系统开发环境，在ccs上实现sys/bios系统开发，需要安装bios、xdctools、ndk等库文件，并在工程中包含进来；
37.步骤2：动态或静态分配资源，用户自定义的函数用来实现对时钟、ddr3等一些外部设备的初始化，调用所有模块的初始化函数，在main函数中初始化硬件及参数；
38.步骤3：注册信号量，使能和注册硬件中断，注册实现定时器模块，注册实现任务线程，根据处理需求，将传统的“中断+主循环”的代码实现方式改为多线程运行方式，信号量用来控制线程任务的是否挂起；
39.步骤4：将系统的主要程序代码放在软件中断或任务中；将gpio关联的中断子程序模块注册为硬件中断线程，用来实时响应脉压数据接收与存储；将雷达信号处理流程中的动目标检测、动目标显示、恒虚警检测等注册为任务；将目标报告上报注册成任务；将网络环境初始化注册为任务；将网络数据交互处理注册成任务；网络后台线程任务需要实现ndk的配置流程，初始化网络环境，网络通信线程实现网络套接字的初始化和ip地址、网络端口的绑定；
40.步骤5：系统上电后，开始系统复位和初始化c语言执行环境，在main函数前调用用户自定义的函数，运行main函数，使能和注册硬件中断，启动定时器模块，启动任务线程，任务线程启动后，执行bios_start函数整个系统的任务调度开始运行；
41.步骤6：dsp端收到gpio中断后实时响应硬件中断并调用中断子程序进行处理，这时雷达信号处理的其他任务处于挂起状态，等到积累够一个cpi的prf数据，雷达信号处理任务开始执行目标上报任务挂起，雷达信号处理任务执行完后，目标上报任务开始上报，在此期间，网络后台任务、心跳包任务和网络通信根据优先级和系统调度来决定他们是挂起还是运行；网心跳包任务一直处于运行状态，而当不需dsp内部数据导出或者显示脉压数据时，网络通信任务处于挂起状态。
42.本实施例中，在国产飞腾芯片上，本系统可实现多核跑同一个程序，因为在main函数前需要调用用户自定义的函数，且只需要在0核初始化的相关的外部设备和时钟，所以在线加载调试时，需要先启动0核，再启动从核。
43.图5、图6、图7和图8为本发明第二方面提供一种基于以太网的dsp内部数据读取方法，包括以下步骤：
44.步骤1：在dsp片外flash中固化程序，将pc端的上位机通过网线与被访问的dsp设备相连，上位机和dsp设备通过网络udp协议进行通信；
45.步骤2：dsp设备上电，dsp从片外flash自动加载固化程序并运行，固化程序具备网络udp协议通信功能，驻留的网络发送线程阻塞在数据发送状态，等待邮箱队列中有数据后退出阻塞状态；
46.步骤3：在程序中打开网络发送数据使能，将想访问的内部数据的地址和长度写入邮箱队列，邮箱队列不为空时，网络发送线程退出阻塞状态，向上位机传输数据。
47.步骤4：在pc端运行上位机，如果需要实时显示脉压数据，需要点击ui界面上的连接1按钮，将用户端绑定到端口1，初始化成功后，当dsp端通过网络传输数据过来，会激励qt中readyread信号，从而调用相关的槽函数，实现帧头解析和相关参数的获取，最后根据参数正确实时显示脉压数据；
48.步骤5：在pc端运行上位机，如果需要将dsp内部调试数据保存成文件，在界面中设置文件的保存路径和文件名，点击连接2按钮，客户端初始化成功，当dsp端发送数据过来时，会自动接收保存成文件，点击断开连接2按钮，可结束数据接收，将数据文件落盘；
49.步骤6：在pc端运行点迹分析文件的上位机，开始执行程序，点击点迹处理按钮，点击浏览按钮选择文件，在方位帧号选择中可以指定要看的帧号，点击加载数据按钮，当前帧
的点迹报告就可以全部显示在界面的右侧，当鼠标随意放到某个点可显示点目标相关的距离单元，方位角等信息。在界面左下方可以设置一次显示历史帧的数量，点击点迹播放按钮可显示设置数量的帧的点。
50.本实施例中，dsp运行udp服务器端，上位机运行tcp客户端，需要实时显示脉压数据时，可将直接将dsp芯片共享内存的地址0x0c000100和数据长度直接写入邮箱队列1，每次硬件中断到来时，写入一次，当邮箱队列不为空时，挂起的网络通信线程任务开始执行，上位机软件网络监听槽函数开始解析和处理数据，并显示到数据界面上；而接收内部数据时，只需将内部数据在内存中的地址和要保存的数据长度写入邮箱队列2，邮箱队列2不为空时，另一个网络通信任务发送数据给上位机，上位机报存成文件。
51.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。