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DSP合成孔径雷达成像系统设计方案探究
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2017-10-23
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1．引言
合成孔径雷达成像系统是一种全天时、全天候的高分辨率主动微波遥感成像系统，在地理遥感、地形测绘、灾情预测和军事侦察等领域有着重要应用。逆存储转置器（ICTM）是合成孔径雷达成像系统的一个重要模块，它需要将上位机方位压缩模块输出的图像数据以方位线的形式依次写入外部存储器，通过数据的逆转置处理，以距离线的形式将图像数据依次输出。此外，ICTM的输出数据将经过数据I/O节点发送到下位机图像显示模块，使图像显示模块能实时的以距离线形式滚动显示雷达图像。ICTM以TI的一款高性能定点DSP芯片TMS320C6415为核心处理器，两条大容量SDRAM作为外部存储器，实现输入数据的逆存储转置操作，同时其强大的处理能力也为今后处理更多的数据提供了升级空间。
2．TMS320C6415芯片简介
TMS320C6415是TI公司生产的高性能定点DSP C6000系列中的一款，该系列的DSP都是基于VelociTITM架构的VLIW DSP，在每个时钟周期内可以执行8条32bit的指令。C6415的核心工作频率最高可以达到720MHz，峰值工作速率为5.76GIPS。C6415提供与SDRAM的无缝接口，可以有效的简化硬件设计开发难度，利用C6415的片选空间映射管理SDRAM，最多可以支持1GB的外部存储空间，完全可以满足逆存储转置处理所需的192M存储要求。
TMS320C6415的CPU结构具有2个通道，每个通道有4个功能单元（1个乘法器和3个算术逻辑单元），16个32位通用寄存器，每个通道的功能单元可以随意访问本通道的寄存器。CPU还有2个交叉单元，通过它们，一个通道的功能单元可以访问另一个通道的寄存器。另外，CPU还具有256bit宽的数据和程序通道，可以使程序寄存器在每个时钟周期提供8条并行执行指令，这种CPU结构是DSP具有VLIW结构的基本条件。
DSP的存储空间映射为内部存储器、内部外设及外部扩展存储器，其中内部存储器由64KB内部程序存储器和数据存储器构成。内部程序存储器可以映射到CPU地址空间或者作为Cache操作。内部和外部数据存储器均可以通过CPU、DMA或HPI（Host Interface）方式访问，HPI接口使上位机可以访问DSP的存储空间。
3．ICTM工作原理
ICTM模块的主要功能是将上位机方位压缩模块输出的数据重新排列顺序，使得依次沿方位向排列的数据变换成沿距离向排列，使下位机图像显示模块能实时滚动显示图像。
图1 ICTM模块工作原理示意图
ICTM模块的工作原理可用图1来表示。整个SDRAM存储空间划分为BANKA和BANKB两块存储区，两块BANK的列深度为输入的方位向点数2048点，行深度为输出的距离向点数4096点，为使两块BANK的读/写数据量平衡，需要在每个工作周期内输入两条方位线（2×2048点）数据，同时输出一条距离线（1×4096点）数据。两块存储区采用“乒乓”操作的读写方式，即如果等间隔读BANKA区域，则连续写BANKB区域，反之如果连续写BANKA区域，则等间隔读BANKB区域，读完一块存储区的同时，另一块存储区也刚好写满。这样两块存储区交替工作，充分节约了读/写SDRAM的时间开销，有利于满足整个系统的实时性要求。
合成孔径雷达成像系统是一种全天时、全天候的高分辨率主动微波遥感成像系统，在地理遥感、地形测绘、灾情预测和军事侦察等领域有着重要应用。逆存储转置器（ICTM）是合成孔径雷达成像系统的一个重要模块，它需要将上位机方位压缩模块输出的图像数据以方位线的形式依次写入外部存储器，通过数据的逆转置处理，以距离线的形式将图像数据依次输出。此外，ICTM的输出数据将经过数据I/O节点发送到下位机图像显示模块，使图像显示模块能实时的以距离线形式滚动显示雷达图像。ICTM以TI的一款高性能定点DSP芯片TMS320C6415为核心处理器，两条大容量SDRAM作为外部存储器，实现输入数据的逆存储转置操作，同时其强大的处理能力也为今后处理更多的数据提供了升级空间。
2．TMS320C6415芯片简介
TMS320C6415是TI公司生产的高性能定点DSP C6000系列中的一款，该系列的DSP都是基于VelociTITM架构的VLIW DSP，在每个时钟周期内可以执行8条32bit的指令。C6415的核心工作频率最高可以达到720MHz，峰值工作速率为5.76GIPS。C6415提供与SDRAM的无缝接口，可以有效的简化硬件设计开发难度，利用C6415的片选空间映射管理SDRAM，最多可以支持1GB的外部存储空间，完全可以满足逆存储转置处理所需的192M存储要求。
TMS320C6415的CPU结构具有2个通道，每个通道有4个功能单元（1个乘法器和3个算术逻辑单元），16个32位通用寄存器，每个通道的功能单元可以随意访问本通道的寄存器。CPU还有2个交叉单元，通过它们，一个通道的功能单元可以访问另一个通道的寄存器。另外，CPU还具有256bit宽的数据和程序通道，可以使程序寄存器在每个时钟周期提供8条并行执行指令，这种CPU结构是DSP具有VLIW结构的基本条件。
DSP的存储空间映射为内部存储器、内部外设及外部扩展存储器，其中内部存储器由64KB内部程序存储器和数据存储器构成。内部程序存储器可以映射到CPU地址空间或者作为Cache操作。内部和外部数据存储器均可以通过CPU、DMA或HPI（Host Interface）方式访问，HPI接口使上位机可以访问DSP的存储空间。
3．ICTM工作原理
ICTM模块的主要功能是将上位机方位压缩模块输出的数据重新排列顺序，使得依次沿方位向排列的数据变换成沿距离向排列，使下位机图像显示模块能实时滚动显示图像。
图1 ICTM模块工作原理示意图
ICTM模块的工作原理可用图1来表示。整个SDRAM存储空间划分为BANKA和BANKB两块存储区，两块BANK的列深度为输入的方位向点数2048点，行深度为输出的距离向点数4096点，为使两块BANK的读/写数据量平衡，需要在每个工作周期内输入两条方位线（2×2048点）数据，同时输出一条距离线（1×4096点）数据。两块存储区采用“乒乓”操作的读写方式，即如果等间隔读BANKA区域，则连续写BANKB区域，反之如果连续写BANKA区域，则等间隔读BANKB区域，读完一块存储区的同时，另一块存储区也刚好写满。这样两块存储区交替工作，充分节约了读/写SDRAM的时间开销，有利于满足整个系统的实时性要求。
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