基于vpx架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度方法
【專利摘要】本發(fā)明設計基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度方法。該方法采用采用基于VPX架構平臺，包含中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點及實時波控節(jié)點三級節(jié)點，三級節(jié)點間采用VPX高速總線連接；中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點采用并行多片多核PowerPC平臺，完成多個面陣資源調度的同時并行處理，并將調度處理結果產生為執(zhí)行任務包，通過VPX高速總線發(fā)送給實時波控節(jié)點，實時波控節(jié)點采用基于FPGA的高速實時信號處理平臺，分解執(zhí)行任務包，按照執(zhí)行任務包的時間要求實時控制雷達系統工作。
【專利說明】基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于相控陣雷達系統【技術領域】，針對多功能雷達各種功能任務，進行時間、空間波束資源的調度，任務陣面分配以及任務的實時驅動，可以作為在多功能多陣面相控陣雷達系統工作過程中的多功能任務集成調度的重要手段。
【背景技術】
[0002]多功能多陣面相控陣雷達系統為了完成多功能任務，需要對系統資源進行合理的分配，驅動雷達完成多功能任務，因此相控陣多功能集成調度方法是多功能相控陣雷達系統的核心。
[0003]現有的多功能任務集成調度方法是基于軟件的可重構數字系統資源調度方法和基于硬件FPGA電路的固定模板調度方法?；谲浖目芍貥嫈底窒到y資源調度方法具備較高的軟件靈活性，可以實現多功能任務的智能資源分配，但是基于軟件算法的調度方法在多功能相控陣雷達系統中，不能適應多功能任務的大數據量的實時計算以及多陣面任務的并行計算；而基于硬件FPGA電路的固定模板調度方法效率較高，但是無法適應多功能多陣面相控陣雷達系統多功能任務的復雜調度。
[0004]本發(fā)明針對多功能多陣面相控陣雷達系統，采用并行高效的多片多核PowerPC平臺和基于FPGA的高速實時信號處理平臺相結合的方法，適應多功能任務的自適應資源分配和高效實時的多陣面任務并行計算以及根據任務時刻高精度定時驅動雷達工作的要求。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于實現多功能多陣面相控陣雷達系統多功能任務集成調度，重點解決多功能任務的自適應資源分配和高效實時的多陣面任務并行計算以及根據任務時刻高精度定時驅動雷達工作。
[0006]實現本發(fā)明目的的技術解決方案為:
采用基于VPX架構平臺，包含中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點及實時波控節(jié)點三級節(jié)點，三級節(jié)點間采用VPX高速總線連接；中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點采用并行多片多核PowerPC平臺，完成多個面陣資源調度的同時并行處理，并將調度處理結果產生為執(zhí)行任務包，通過VPX高速總線發(fā)送給實時波控節(jié)點，實時波控節(jié)點采用基于FPGA的高速實時信號處理平臺，分解執(zhí)行任務包，按照執(zhí)行任務包的時間要求實時控制雷達系統工作。
[0007]中心調度節(jié)點接收來自于雷達系統功能子系統的功能任務申請和導航信息，根據導航信息計算功能任務工作的陣面，并通過VPX總線將相應的功能任務和導航信息分發(fā)給面陣調度節(jié)點；面陣調度節(jié)點接收中心調度節(jié)點發(fā)送的功能任務和導航信息，對各個功能任務分配當前陣面的系統資源，計算相應上的波控系數，并形成執(zhí)行任務包通過VPX總線發(fā)送給實時波控節(jié)點；實時波控節(jié)點分解面陣調度節(jié)點發(fā)送的執(zhí)行任務包，并按照各個執(zhí)行任務的目標時間實時驅動任務執(zhí)行。
[0008]實時波控節(jié)點按照IOOms時間間隔產生定時中斷，并向面陣調度節(jié)點發(fā)送定時門鈴。面陣調度節(jié)點實時響應實時波控節(jié)點發(fā)送的定時門鈴中斷，完成面陣調度節(jié)點的高精度定時調度。
[0009]面陣調度節(jié)點通過門鈴中斷作為實時的響應觸發(fā)，開辟任務隊列緩沖池對系統資源進行自主管理，采用任務隊列作為輸入的緩沖區(qū)；計算需要調度任務的最大量，預先按照最大量開辟相應的數組，并使用鏈表技術建立空隊列，當面陣調度節(jié)點收到任務申請時，從空隊列中獲取任務節(jié)點，記錄任務內容，當任務調度完成后，將該節(jié)點清空，并放入空隊列中。
[0010]VPX高速總線采用串行RapidIO技術，在4對差分線上實現IOGb / s的有效傳輸速率，完成三級節(jié)點間數據并行高速全交換。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖1雷達多功能調度系統信號流圖。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明設計基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度方法。該方法采用采用基于VPX架構平臺，包含中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點及實時波控節(jié)點三級節(jié)點，三級節(jié)點間采用VPX高速總線連接；中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點采用并行多片多核PowerPC平臺，完成多個面陣資源調度的同時并行處理，并將調度處理結果產生為執(zhí)行任務包，通過VPX高速總線發(fā)送給實時波控節(jié)點，實時波控節(jié)點采用基于FPGA的高速實時信號處理平臺，分解執(zhí)行任務包，按照執(zhí)行任務包的時間要求實時控制雷達系統工作；并行多片多核PowerPC平臺采用4片雙核PowerPC處理器。同時兩個任務綁定在兩個不同的CPU核上，可實現真正意義上的并行處理。
[0013]基于FPGA的高速實時信號處理平臺搭載兩顆Xilinx Virtex-6 FPGA (SX475T或LX550T)芯片，使其每秒具有2400萬億次高性能計算能力；每片FPGA外掛2Gb容量的高速DDR3緩存以及高帶寬、低延遲的QDR II + SRAM ;兩片FPGA通過100對LVDS實現互聯，采用SerDes技術，線速可達1.25Gbps ;每片FPGA提供一個4通道的Serial Rapid IO高速串行通道，通過交換板，實現板間高速互聯。
[0014]有源相控陣具有多個陣面，多功能集成調度方法需要針對每個陣面設置相應的調度單元；有源相控陣系統隨著平臺的運動，陣面的法向與地理正北之間的夾角一直發(fā)生變化，因此雷達系統功能子系統很難計算有源相控陣的各實時任務發(fā)生陣面；多功能集成調度方法通過中心調度節(jié)點設置專門統一對外接口，方便雷達系統功能子系統進行任務申請，并根據導航信息計算功能任務工作的陣面，并通過VPX總線將相應的功能任務和導航信息分發(fā)給面陣調度節(jié)點。
[0015]面陣調度節(jié)點接收中心調度節(jié)點發(fā)送的功能任務和導航信息，對各個功能任務分配當前陣面的系統資源，計算相應的波控系數并根據導航信息進行修正，并形成執(zhí)行任務包通過VPX總線發(fā)送給實時波控節(jié)點。
[0016]根據導航信息進行修正按照以下三個公式實現，計算各個波束在面陣中的波束位置:
【權利要求】
1.一種基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于:采用基于VPX架構平臺，包含中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點及實時波控節(jié)點三級節(jié)點，三級節(jié)點間采用VPX高速總線連接。
2.一種根據權利要求1所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于所述中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點及實時波控節(jié)點三級節(jié)點:中心調度節(jié)點和面陣調度節(jié)點采用并行多片多核PowerPC平臺，完成多個面陣資源調度的同時并行處理，并將調度處理結果產生為執(zhí)行任務包，通過VPX高速總線發(fā)送給實時波控節(jié)點，實時波控節(jié)點采用基于FPGA的高速實時信號處理平臺，分解執(zhí)行任務包，按照執(zhí)行任務包的時間要求實時控制雷達系統工作。
3.一種根據權利要求2所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于并行多片多核PowerPC平臺具有4片雙核PowerPC CPU,基于FPGA的高速實時信號處理平臺搭載兩顆Xilinx Virtex-6 FPGA芯片，使其每秒具有2400萬億次高性能計算能力，每片FPGA外掛2Gb容量的高速DDR3緩存以及高帶寬、低延遲的QDR II + SRAM,兩片FPGA通過100對LVDS實現互聯，采用SerDes技術，線速可達1.25Gbps。
4.一種根據權利要求1所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于中心調度節(jié)點僅有一個，統一接收來自于雷達系統功能子系統的功能任務申請和導航信息，根據導航信息計算功能任務工作的陣面，并通過VPX總線將相應的功能任務和導航信息分發(fā)給面陣調度節(jié)點。
5.一種根據權利要求1所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于每個面陣調度節(jié)點對應一個陣面共4個，接收中心調度節(jié)點發(fā)送的功能任務和導航信息，對各個功能任務分配當前陣面的系統資源，計算相應的波控系數并根據導航信息進行修正，并形成執(zhí)行任務包通過VPX總線發(fā)送給實時波控節(jié)點。
6.一種根據權利要求1所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于每個實時波控節(jié)點對應一個陣面共4個，分解面陣調度節(jié)點發(fā)送的執(zhí)行任務包，并按照各個執(zhí)行任務的目標時間實時驅動任務執(zhí)行。
7.一種根據權利要求1所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于實時波控節(jié)點按照IOOms時間間隔產生定時中斷，并向面陣調度節(jié)點發(fā)送定時門鈴，面陣調度節(jié)點實時響應實時波控節(jié)點發(fā)送的定時門鈴中斷，完成面陣調度節(jié)點的高精度定時調度。
8.一種根據權利要求1所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于面陣調度節(jié)點:通過門鈴中斷作為實時的響應觸發(fā)，開辟任務隊列緩沖池對系統資源進行自主管理，采用任務隊列作為輸入的緩沖區(qū)。
9.一種根據權利要求1所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于VPX高速總線:采用串行RapidIO技術，在4對差分線上實現10Gb/s的有效傳輸速率，完成三級節(jié)點間數據并行高速全交換。
10.一種根據權利要求8所述的基于VPX架構的嵌入式有源相控陣多功能集成調度系統，其特征在于任務隊列緩沖池對系統資源進行自主管理:計算需要調度任務的最大量，預先按照最大量開辟相應的數組，并使用鏈表技術建立空隊列，當面陣調度節(jié)點收到任務申請時，從空隊列中獲取任務節(jié)點，記錄任務內容，當任務調度完成后，將該節(jié)點清空，并放入空隊列中。
【文檔編號】G06F9/46GK103593237SQ201310584642
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】付林, 楊玉亮 申請人:中國船舶重工集團公司第七二四研究所