一種基于國產(chǎn)處理器的軟件化雷達信息處理系統(tǒng)的研究

王鵬，邵流河，徐安舒，張軍

（深圳市億威爾信息技術(shù)股份有限公司，廣東深圳，518057）

0 前言

本系統(tǒng)屬于雷達信息處理計算領(lǐng)域，所要解決的技術(shù)問題是：采用國產(chǎn)處理器，如何快速、高效實現(xiàn)軟件化雷達信息處理，如信號處理、數(shù)據(jù)處理、資源調(diào)度管理、人機交互、狀態(tài)數(shù)據(jù)采集分析處理以及上行反饋控制等。

1 系統(tǒng)設(shè)計

基于國產(chǎn)處理器的軟件化雷達信息處理系統(tǒng)，是新一代雷達信號和數(shù)據(jù)處理一體化系統(tǒng)，包括顯控板、數(shù)據(jù)處理板、信號處理板、萬兆/千兆交換板、接口板、接口后IO板等。顯控板采用CM236/QM170芯片組，CORE I5/I7/E3六代處理器，板貼雙通道32GB DDR4 2133內(nèi)存，板貼1個128G SSD，可以擴展512G SSD，板貼PLX PEX8732 PCIE交換芯片，板貼ATI E8860獨立顯卡、DDR5 1GB、支持1920*1200、1600*1200，可支持4096*2160分辨率（4K高清）；采用CONNECT X-3 PRO EN芯片。數(shù)據(jù)處理板采用六代處理器，板貼雙通道32GB DDR4 2133內(nèi)存，板貼1個128G SSD，可以擴展512G SSD，板貼PLX PEX8732 PCIE交換芯片，支持1920*1200、1600*1200，可支持4096*2304分辨率（4K高清）；采用CONNECT X-3 PRO EN芯片。

5/10-SLOT系統(tǒng)由系統(tǒng)背板、卡、交換卡組成。萬兆/千兆交換板的槽位固定，錄取主機板/接口板的槽位可除萬兆/千兆交換板槽位、電源模塊槽位外的任意槽位，信號處理主機板的槽位可位于SLOT7～10的任意槽位。系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)處理板、顯控板及交換板。系統(tǒng)最大支持10槽板卡。如此配置板卡，可以將硬件資源分配的很合理。

圖1 10槽系統(tǒng)框圖

主機板采用MOD6-PAY-2F1D2U2T-12.2.1-8 MOD6-PAY-4F1Q2U2T-12.2.1-8）標準，主機板對應(yīng)的SLOT槽采用SLT6-PAY-2F1D2U2T-10.2.1SLT6-PAY-4F1Q2U2T-10.2.1標準。

采用分層的構(gòu)建化軟件架構(gòu)，層與層之間設(shè)置中間件，通過中間件，可以實現(xiàn)跨層信息共享，提高了雷達信息處理的便捷性和可擴展性。層次化設(shè)計可以提高各層內(nèi)容的全棧開放、擴展自如、自主可控的優(yōu)勢。構(gòu)件化設(shè)計能夠提高軟件開發(fā)、使用、升級的效率；能夠做到開發(fā)的獨立性和應(yīng)用的開放性，即組件單元可以單獨創(chuàng)建、編譯、鏈接和測試，系統(tǒng)由組件構(gòu)成，組件的接口、參數(shù)、地址等信息對外開放，開發(fā)完成后，通過組件之間的組合，完成系統(tǒng)的開發(fā)、重構(gòu)和擴展，具有低耦合、高凝聚的特點。

2 典型應(yīng)用

軟件化雷達通過軟硬件解耦，以軟件技術(shù)為核心，能夠靈活地實現(xiàn)系統(tǒng)功能的定義、資源配置、模式擴展和性能提升。目前已經(jīng)成為雷達發(fā)展的趨勢。為了實現(xiàn)軟件化雷達標準化、通用化、靈活的功能特點。軟件化雷達通用信號處理軟件作為一款通用化軟件，應(yīng)具有開放的體系架構(gòu)，能夠滿足日益復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境的需求，可靈活方便地進行參數(shù)配置和模式更改甚至進行動態(tài)重構(gòu)。

本文設(shè)計了包括CORE I5/I7/E3六代處理器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)包括實施內(nèi)核、動態(tài)鏈接庫、中間件、算法模塊和各個模塊之間的接口，實現(xiàn)了軟硬件的解耦。硬件方面采用RDMA，解決網(wǎng)絡(luò)傳輸中服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理的延遲。RDMA通過網(wǎng)絡(luò)把資料直接傳入計算機的存儲區(qū)，將數(shù)據(jù)從一個系統(tǒng)快速移動到遠程系統(tǒng)存儲器中，而不對操作系統(tǒng)造成任何影響，這樣就不需要用到多少計算機的處理功能。它消除了外部存儲器復(fù)制和文本交換操作，因而能解放內(nèi)存帶寬和CPU周期用于改進應(yīng)用系統(tǒng)性能。軟件的設(shè)計應(yīng)該遵循如下原則：

層次化：軟件具有合理的層次化體系架構(gòu)，通過將不同功能的抽象和封裝，將軟件功能合理地進行層次化。層次之間采用標準化的層次接口，下層對上層提供功能支持并屏蔽技術(shù)細節(jié)。層次內(nèi)的技術(shù)升級換代不會對其他層次造成影響。

通用性：軟件以模塊化的方式對信號處理流程進行抽象建模。標準化、規(guī)范化的設(shè)計使得算法模塊能夠在不同硬件平臺上通用，避免重復(fù)性開發(fā)，大幅提高代碼的復(fù)用性和可移植性。解耦性：軟件利用層次化設(shè)計將底層硬件平臺特性和信號處理應(yīng)用進行解耦，使得算法開發(fā)人員不需要掌握硬件指令和資源調(diào)度，只需專注于信號處理算法的研發(fā)和設(shè)計。將底層硬件相關(guān)工作交由專門的技術(shù)人員完成，大幅提高開發(fā)人員的工作效率和軟件質(zhì)量。

可擴展性：軟件具有開放的體系架構(gòu)和標準化接口，使得軟硬件能夠不斷升級，構(gòu)建開放、高效、易升級的算法模塊庫，滿足日益增長的雷達系統(tǒng)應(yīng)用需求。

層次架構(gòu)合理的層次架構(gòu)是軟件符合通用性、解耦性的設(shè)計原則，具備可移植、可擴展、可重構(gòu)等功能的必要條件。因此設(shè)計出高效、合理的層次架構(gòu)對于軟件的開發(fā)至關(guān)重要。在層次架構(gòu)的設(shè)計過程中，既要滿足軟件架構(gòu)開放性、標準性的要求，也要充分考慮傳統(tǒng)雷達信號處理系統(tǒng)的特點。

圖2 典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)布局圖

3 結(jié)語

本文基于國產(chǎn)處理器的軟件化雷達信息處理系統(tǒng)，集信號處理、數(shù)據(jù)處理、資源調(diào)度管理、人機交互、狀態(tài)數(shù)據(jù)采集分析處理以及上行反饋控制于一體。采用RDMA，解決網(wǎng)絡(luò)傳輸中服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理的延遲。RDMA通過網(wǎng)絡(luò)把資料直接傳入計算機的存儲區(qū)，將數(shù)據(jù)從一個系統(tǒng)快速移動到遠程系統(tǒng)存儲器中，而不對操作系統(tǒng)造成任何影響，這樣就不需要用到多少計算機的處理功能。它消除了外部存儲器復(fù)制和文本交換操作，因而能解放內(nèi)存帶寬和CPU周期用于改進應(yīng)用系統(tǒng)性能。采用分層的構(gòu)建化軟件架構(gòu)，提高了系統(tǒng)的拓展率。