专利名称：基于千兆以太网的雷达实时信号处理终端数据传输系统的制作方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及传输系统，具体地说是一种雷达实时信号处理
机与终端主机之间的高速数据传输系统。
背景技术：
随着雷达技术的发展，新一代雷达所要求的信号处理运算量越来越大，特别是 合成孔径雷达(SAR)成像，数据吞吐量很大。如何将雷达信号处理机的大量处理数据高 速、实时、稳定地传输至计算机终端是雷达实时信号处理系统必然要考虑的问题。数据 的传输方式对设备的成本和通用性起着相当重要的作用。当前的实时信号处理系统多采 用Compact PCI总线或USB总线与终端进行数据传输，Compact PCI总线在数据位数32 位，时钟频率66MHz时，零等待状态突发传输速度高达264MB/s，但是它要求终端有与 信号处理机相同个数的PCI插槽，并且还要根据Compact PCI桥接芯片的型号设计专用的 驱动，降低了系统的通用性，增加了开发成本，延长了开发周期。USB总线是1995年 Intel、 NEC、 Microsoft、 IBM等公司联合推出的一种新型串行通信标准。为了适应高速 传输的需要，在USB1.1协议的基础上制定了USB2.0协议，该协议具有安装方便、通用 性强和易扩展等优点，但其最高传输速率只有60MB/s，很多情况下不能满足雷达信号传 输带宽的要求。1999年通过的IEEE 802.3ab协议提出了一种低成本高性能的千兆以太网 解决方案IOOOBASE-T，采用普通五类非屏蔽双绞线实现超过百米的传输，使千兆以太网 技术在工业领域被广泛应用，该技术具有带宽高、通用性强、开发周期短、成本低和传 输距离远的优点，目前该技术还没有应用于雷达实时信号处理终端数据传输系统中。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了一种基于千兆以太网的雷
达实时信号处理终端数据传输系统，以縮短开发周期、降低开发成本，提高雷达实时信
号处理终端数据传输系统的带宽、传输速率、传输距离和通用性。
为实现上述目的，本发明的雷达实时信号处理终端数据传输系统，包括 N个信号处理板，用于实现信号处理功能，并将数据处理结果封装成以太网数
据帧发送给交换机，N^l ; 交换机，接收各信号处理板传输的以太网数据帧，并将这些以太网数据帧转发 给计算机； 计算机，通过WinPcap提供的API接口接收并存储链路层以太网数据帧。
所述的每个信号处理板包括信号处理器、千兆以太网控制器、物理层收发器和 网线接口。 为实现上述目的，本发明的雷达实时信号处理终端数据传输方法，包括如下过 程 (l)各信号处理板的处理器将实时信号处理结果通过流水线协议发送给该信号处
3理板上的千兆以太网控制器；(2)千兆以太网控制器按照802.3z协议先在数据头部添加7字节前导码、1字节
界定符及目的MAC地址和源MAC地址；再在数据尾部添加帧校验和；然后通过RGMII
接口将以太网数据帧发送到该信号处理板上的物理层收发器； (3)物理层收发器通过网线接口将以太网数据帧通过网线发送到交换机； (4)交换机根据目的MAC地址将以太网数据帧转发给计算机；(5)计算机通过WinPcap提供的API接口从网口接收并存储链路层以太网数据帧。
本发明具有如下优点 本发明由于采用信号处理器、千兆以太网控制器、物理层收发器和网线接口组 成的信号处理板，因而不仅提高了带宽，而且可使信号处理板与交换机之间的数据传输
速率达到1000Mbit/s。 本发明由于采用网线作为各信号处理板与交换机之间的传输介质，故可实现较 远距离的数据传输。 本发明由于对终端计算机没有特殊要求，带有千兆以太网卡的计算机均可作为 终端使用，提高了系统的通用性，降低了开发成本。不需要设计专用的驱动程序，采用 通用网卡驱动和WinPcap提供的API接口即可实现对网络链路层数据的收发，縮短了开发 周期。
图1是本发明的传输系统结构图； 图2是本发明的以太网数据帧格式图； 图3是本发明信号处理板中的信号处理器与千兆以太网控制器接口图； 图4是本发明信号处理板中的千兆以太网控制器与物理层收发器的RGMII接口
图； 图5是本发明信号处理板中的千兆以太网控制器与物理层收发器的管理接口 图； 图6是本发明的数据传输过程图； 图7是本发明信号处理板中的千兆以太网控制器 动流程图； 图8是本发明信号处理板中的千兆以太网控制器数据发送中断处理流程图。
具体实施例方式
参照图l，本发明的传输系统包括N个信号处理板(N^1)、交换机和计算机。每 个信号处理板包括信号处理器、千兆以太网控制器、物理层收发器和网线接口。其中信 号处理器与千兆以太网控制器之间通过流水线协议接口连接，如图3所示。千兆以太网 控制器与物理层收发器之间通过RGMII接口和管理接口连接，分别如图4和图5所示。 各信号处理板通过网线接口接入网络，通过交换机与计算机通信，从而组成了一个小型 局域网，各信号处理板均有自己的MAC地址，计算机通过选择MAC地址实现对指定处 理板的访问，实时的接收来自各处理板的数据。该千兆以太网控制器在数据处理结果的头部添加7字节前导码、1字节界定符及目的MAC地址和源MAC地址，在数据处理结 果尾部添加帧校验和将数据封装成以太网数据帧，以太网数据帧格式如图2所示，其中7 个字节的前导码均为0x55， l个字节的界定符为0xD5， 4个字节的帧校验值的校验范围包 括目的MAC地址、源MAC地址、类型/长度、数据4个字段。然后通过RGMII接口将 以太网数据帧发送到物理层收发器，该物理层收发器将数据帧通过网线接口传送到网线 上。 参照图3，本发明的信号处理板中的信号处理器的读信号/RD与千兆以太网控制 器的输出使能信号OEN相连。信号处理器的写控制信号/WRL与千兆以太网控制器的写 使能信号/WEN相连。信号处理器的地址线ADDR[13:0]与千兆以太网控制器的地址线 HA[15:2]相连，本发明将千兆以太网控制器设置在32位模式，所以千兆以太网控制器的 地址线HA[l]应始终为低以保证地址32位对齐。信号处理器的低32位数据线DATA[31:0] 与千兆以太网控制器的数据线HD[31:0]相连。信号处理器的外部中断信号/IRQO与千兆 以太网控制器的中断输出信号INTN相连。信号处理器的/MSO与千兆以太网控制器的 选择信号CSN相连。信号处理器的系统时钟信号SCLK与千兆以太网控制器的时钟信号 HCLK(40 100MHZ)相连。信号处理器的复位信号/RSTJN与千兆以太网控制器的复 位信号RST_N由外部复位电路提供。 参照图4，本发明的信号处理板中的千兆以太网控制器与物理层收发器的数据接 口按照RGMII接口规范连接。千兆以太网控制器与物理层收发器之间的数据帧传输通过 该接口来实现。其中GTX—CLK为发送时钟，RX—CLK为接收时钟，TXD[3:0]为发送数 据线，RXD[3:0]为接收数据线，TX—EN为发送使能信号，RX_DV为接收使能信号。在 1000BASE-T模式下，接收时钟和发送时钟均为125MHz， RGMII接口每个时钟周期传送 一个字节的数据，在发送时钟或接收时钟的上升沿传送该字节的3:0位，在发送时钟或接 收时钟的下降沿传送该字节的7:4位。 参照图5，本发明的信号处理板中的千兆以太网控制器与物理层收发器的管理接 口按照IEEE 802.3协议连接。千兆以太网控制器对物理层收发器的内部寄存器的访问通 过该接口来实现。其中MDC是管理接口的时钟，MDIO是一个双向数据输入/输出线。
参照图6，本发明的数据传输过程如下 过程1，各信号处理板的处理器将实时信号处理结果通过流水线协议发送给该信 号处理板上的千兆以太网控制器。 信号处理板加电后，处理器先对千兆以太网控制器进行配置，以启动千兆以太 网控制器的收发功能，如图7所示；然后处理器通过流水线协议将数据发送给千兆以太 网控制器，千兆以太网控制器将待发送的数据帧发送给物理层收发器后，会产生发送中 断信号通知信号处理器进行下一个数据帧发送，如图8所示。 参照图7，本发明的千兆以太网控制器的启动过程与芯片的型号有关，这里以 AX88180为例对千兆以太网控制器的启动过程进行说明，它的启动过程依次包括对接 收缓冲区清零、复位AX88180、禁用中断、禁用收发功能、设置MAC地址、初始化物理 层收发器、对AX88180进行媒介配置、使能中断和启动收发功能。其中
A.AX88180的复位过程如下 (Al)将MISC寄存器的最低位置0，使千兆以太网控制器处于复位状态；
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(A2)将MISC寄存器的最低位置1，使千兆以太网控制器恢复正常模式； (A3)对接收指示寄存器设置默认值； (A4)对TX命令寄存器设置默认值； (A5)对TX缓冲状态寄存器设置默认值； (A6)对TX描述符寄存器组设置默认值； (A7)对TX配置寄存器设置默认值； (A8)对千兆以太网控制器配置寄存器组设置默认值； (A9)对发送长度寄存器设置默认值； (A10)对TX停止时间寄存器设置默认值； (All)对RX缓存阈值寄存器设置默认值； (A12)对RX缓存满阈值寄存器设置默认值； (A13)对看门狗定时器设置默认值。 B.物理层收发器的初始化过程与具体的芯片型号有关，这里以88E1111为例说 明如下 (Bl)读物理层收发器的型号和版本号，并核对读出来的值是否是0x0141，即 88E1111物理层收发器的型号和版本号； (B2)读物理层收发器专用状态寄存器的状态，检查采用的是否是RGMII接口及 同轴电缆介质；(B3)设置物理层收发器专用控制寄存器的RXCLK_DELAY位和TXCLK_DELAY
位，复位物理层收发器； (B4)设置中断使能寄存器的链路状态改变中断使能位； (B5)设置1000BASE-T控制寄存器的千兆全双工半双工使能位，并设置ANAR寄 存器的相应位； (B6)设置物理层收发器控制寄存器的自动协商使能位和重启自动协商位；
(B7)等待5秒钟使物理层收发器链路稳定，可以通过读物理层收发器的状态寄存 器的LINK状态位来确定链路是否稳定。
C.AX88180媒介配置过程如下 (CI)检查链路是否稳定(读物理层收发器状态寄存器)；
(C2)如果链路稳定则读物理层收发器控制寄存器； (C3)若物理层收发器控制寄存器的自动协商位置位，则通过读物理层收发器状 态寄存器等待物理层收发器自动协商完成； (C4)设置RX配置寄存器的RX缓存监督使能位以及RX缓存保护位； (C5)设置MAC控制寄存器0的RX流控制位以及IPGIOO、 IPG1000 ; (C6)设置MAC控制寄存器1的吉比特模式使能位、TX流使能位、全双工使能
位、RXCRC校验、RGMII使能位。 参照图8，千兆以太网控制器将待发送的数据帧发送给物理层收发器后，会产生 发送中断信号通知信号处理器进行下一个数据帧发送。具体过程包括读中断状态寄存 器、禁止中断、对中断状态寄存器清零、判断中断类型，如果是发送中断则通知信号处 理器该次数据帧发送完毕，使能中断并返回，如果是其它类型的中断则进行相应处理并返回。 过程2，千兆以太网控制器按照S02.3z协议先在数据头部添加7字节前导码、 1字节界定符及目的MAC地址和源MAC地址，再在数据尾部添加帧校验和，然后通过 RGMII接口将以太网数据帧发送到该信号处理板上的物理层收发器，该802.3z协议中规 定数据域长度必须大于46字节，小于等于1500字节，这里选取最大长度1500字节作为 数据长度。该协议还规定帧间距最小为96个码元时钟，也就是12字节，为了提高传输 效率将帧间距取最小值。 过程3，物理层收发器通过网线接口将以太网数据帧通过网线发送到交换机，交 换机根据目的MAC地址将以太网数据帧转发给计算机； 过程4，计算机通过WinPcap提供的API接口从网口接收并存储链路层以太网数 据帧。WinPcap的主要功能在于独立于主机协议，如TCP/IP协议发送和接收原始数据 包，为Win32应用程序提供访问网络底层的能力。只要安装上WinPcap提供的驱动程 序，就可以通过WinPcap函数接收或发送底层数据包。 [OOeg]本发明使用的WinPcap提供的API函数如下
(1)获取本机设备列表函数pcap_findalldevs_ex();
(2)释放设备列表函数pcap_freealldevs();
(3)打开指定设备函数pcap_open();
(4)接收数据帧函数pcap_next_ex()。
权利要求
一种基于千兆以太网的雷达实时信号处理终端数据传输系统，包括N个信号处理板，用于实现信号处理功能，并将数据处理结果封装成以太网数据帧发送给交换机，N≥1；交换机，通过网线接收各信号处理板传输的以太网数据帧，并将这些以太网数据帧转发给计算机；计算机，通过WinPcap提供的API接口从网口接收并存储链路层以太网数据帧。
2. 根据权利要求1所述的雷达实时信号处理终端数据传输系统，其中每个信号处理 板包括信号处理器、千兆以太网控制器、物理层收发器和网线接口，该信号处理器实现 信号处理功能，并将信号处理结果通过流水线协议发送给千兆以太网控制器；该千兆以 太网控制器在数据处理结果的头部添加7字节前导码、1字节界定符及目的MAC地址和 源MAC地址，在数据处理结果尾部添加帧校验和将数据封装成以太网数据帧，并通过 RGMII接口将数据帧发送到物理层收发器；该物理层收发器将数据帧通过网线接口传送 到网线上。
3. 根据权利要求2所述的雷达实时信号处理终端数据传输系统，其中信号处理器与 千兆以太网控制器之间通过流水线协议接口连接。
4. 根据权利要求2所述的雷达实时信号处理终端数据传输系统，其中千兆以太网控制 器与物理层收发器之间通过RGMII接口和管理接口连接。
5. —种基于千兆以太网的雷达实时信号处理终端数据传输方法，包括如下过程(1) 各信号处理板的处理器将实时信号处理结果通过流水线协议发送给该信号处理板 上的千兆以太网控制器；(2) 千兆以太网控制器按照802.3z协议先在数据头部添加7字节前导码、1字节界定 符及目的MAC地址和源MAC地址；再在数据尾部添加帧校验和；然后通过RGMII接口 将以太网数据帧发送到该信号处理板上的物理层收发器；(3) 物理层收发器通过网线接口将以太网数据帧通过网线发送到交换机；(4) 交换机根据目的MAC地址将以太网数据帧转发给计算机；(5) 计算机通过WinPcap提供的API接口从网口接收并存储链路层以太网数据帧。
全文摘要
本发明公开了一种基于千兆以太网的雷达实时信号处理终端数据传输系统，主要解决现有雷达实时信号处理终端数据传输系统通用性差和带宽低的问题。该系统包括N个信号处理板、交换机和计算机。每个信号处理板包括信号处理器、千兆以太网控制器、物理层收发器和网线接口，该信号处理器实现信号处理功能，并将信号处理结果通过流水线协议发送给千兆以太网控制器；该千兆以太网控制器按照802.3z协议将数据封装成以太网数据帧，并通过RGMII接口将数据帧发送到物理层收发器；该物理层收发器将数据帧通过网线接口传送到网线上。本发明具有带宽高、通用性强、开发周期短、成本低和传输距离远的优点，可用于对雷达实时信号处理终端的数据传输。
文档编号H04L12/56GK101692667SQ20091002437
公开日2010年4月7日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者姬红兵, 李倩, 罗军辉, 薛时雨 申请人:西安电子科技大学