VXS总线在雷达信号处理系统的应用

    随着现代军事技术的不断发展，人们对信号处理机系统如雷达、声纳、图像处理系统的要求日益提高。新一代信号处理机系统应具备以下特点：

（1） 高速数据处理能力，能够完成复杂信号处理算法；
（2） 采用高速串行交换架构，满足高速数据传输要求；
（3） 高度系统集成架构 ，提高系统性能；
（4） 开放式体系结构 ，通用化模块设计，便于系统维护和升级
（5） 高可靠性，支持冗余设计

    高性能的GE智能平台VXS总线系统架构，是高速计算原型机的理想平台，能够 帮助用户实现高速数据采集，分布式高性能数据处理等相关工作。GE智能平台VXS开发平台系统集成了多款GE智能平台信号处理板卡，背板具备高速数据吞吐能力，可提供高速数据采集功能，实现了多处理器计算和高速数据交换架构，具备了高性能数字信号处理能力。

    VXS开发平台系统集成度高，具备了良好的集成开发环境。集成软件为高速处理原型系统设计提供了简单、快捷、灵活的途径；同时也为将来系统扩展的复杂性、兼容性做到了充分的考虑。

VXS总线

    VXS（VMEbus Switched Serial Standard,VITA 41标准）总线是在传统的VME总线基础上发展而来的。VME总线是一种支持多处理器模块的共享并行背板总线，被广泛应用于军事、航天和工业控制等领域。随着当今应用对数据处理和交换能力日益增长的需求，VME总线的数据交换能力已经成为系统性能提升的主要瓶颈之一。

    VXS总线为了解决数据传输的瓶颈，还能够支持传统的VME板卡，就在P0连接器上引入了串行差分数据传输技术 ，如Infiniband、千兆以太网、串行Rapid IO、PCI Express等。

    VXS定义了负载模块和交换模块两种类型，如图1。模块仍然是标准6U结构。

    负载模块保留了传统的P1和P2连接器接口，仍然支持标准VME总线；新增了RT2 P0连接器，利用串行差分数据传输技术，传输高速数据。没有P0的VME模块也可以插在VXS机箱内工作。

    交换模块完全取消了原有的P1和P2连接器，使用支持串行差分数据传输的RT2 P2 ~ P5连接器和单端信号的RT2 P1连接器。

    负载模块和交换模块支持高速串行数据交换架构，如图2。每块负载模块有2路x4串行通道分别连接2个交换模块，实现了双冗余容错通信架构，极大提高系统的可靠性。

北约MEADS火控雷达系统采用VXS总线

    2010年8月中程增程防空系统（MEADS）完成了最终的关键设计评审，美国、德国和意大利预计将在10月达成小批量生产决议。其中的火控雷达硬件使用了GE智能平台的VXS总线产品，包括DSP220 VXS多处理器主板和CRX800 VXS 22端口串行RapidIO交换机。

    实际上MEADS并不是北约一个新的军事计划，从这个计划提出到如今完成设计评审已经超过十年了。最初的雷达系统设计使用VME总线，在这十几年中总线技术不断发展，但对军事系统来说很难改变最初的设计。如何利用最先进的技术 ，而又能够让以往的研究成果继续发挥作用。VXS总线以升级而非革命性变革的方式提供给用户，它使系统既保持了和传统VME总线的兼容，又能够实现高速的串行数据传输。

    在火控雷达信号处理系统中，使用了16片DSP220用于雷达信号数据处理，1片PPCM2单板计算机控制数据分配任务，1片千兆以太网交换机GBX24用于网络互连，2片CRX800提供sRIO数据交换。

    上图所示系统使用16块DSP220和2块CRX800实现了多达64个Freescale 8641 CPU 节点的信号处理系统，系统的浮点处理能力达到512GFLOPS 。各节点之间使用x4 sRIO通道互联，总数据吞吐率可达到双向400Gb/s 。
 
    对于如此复杂的多处理器架构，GE智能平台还提供了AXIS开发套件，可以加速用户多处理系统的构建和应用程序的开发。

结束语

实现一个高速数据信号处理系统有赖于三个关键因素：

1. 新一代多核处理器为主板提供了更强的计算能力，同时满足严格的散热和功率限制要求；
2. 串行交换互联架构，大大提高了板间数据传输能力，使多处理器配置更强大、更灵活；
3. 面对复杂环境，对可扩展性要求越来越高，高速计算系统必须适应不断变化的应用情况，并且必须迅速将设备应用于现场。功能强大而又简单易用的软件工具能够大大提高系统开发效率。

    GE智能平台提供的VXS系统就是遵从这三点设计的 。

    多核处理，串行交换和集成软件为高速信号处理系统设计提供了简单、快捷和灵活的途径；同时也为将来系统扩展的复杂性和兼容性做到了充分的考虑。