基于MicroBBllaazzee的嵌入式雷达控制系统设计

史晓丰

（空军工程大学，陕西 西安 710051；空军西安飞行学院，陕西 西安 710306）

基于MicroBBllaazzee的嵌入式雷达控制系统设计

史晓丰

（空军工程大学，陕西 西安 710051；空军西安飞行学院，陕西 西安 710306）

嵌入式系统以微处理器为核心，以计算机技术为基础，其主要特征是实时性强。本文围绕Xilinx公司的软核微处理器MicroBlaze，采用嵌入式开发套件EDK，设计了一套用于雷达对外接口通信控制的嵌入式系统，并给出了系统软硬件各个模块以及整体设计的实现。试验结果表明，该系统能够可靠、稳定地工作。

嵌入式控制；EDK；MicroBlaze

1　MicroBlaze处理器结构

MicroBlaze处理器是Xilinx公司针对嵌入式处理器开发应用推出的一种32位嵌入式处理器内核，它是一种软核结构，简单但灵活性强，在目标器件中可以进行任意配置。它采用RISC指令集、Harvard体系结构，该处理器有以下一些特征：

①32个32位通用寄存器和2个专用寄存器。

②32位指令系统，支持3个操作数和两种寻址方式。

③分离的32位指令和数据总线，符合IBM的OPB总线规范。

④通过本地存储器总线（LMB）直接访问片内块存储器（BRAM）。

⑤具有高速的指令和数据缓存（cache），三级流水线结构。

⑥具有硬件调试模块（MDM）。

⑦带8个输入/输出快速链路接口（FSL）。

图1为MicroBlaze处理器的结构图，其中DOPB是器件内部的外围设备数据接口总线，用于处理器与片内的设备进行数据交换。DLMB为实现数据交换的本地块存储器总线，该总线为处理器内核与块存储器（BRAM）之间提供专用的高速数据交换通道［1］。

图1　MicroBlaze处理器结构图

IOPB用于实现外部程序存储器的总线接口。当程序较大时，需要外接大容量的存储器，该总线提供读取指令的通道。

ILMB用于取指令的本地存储器总线，该总线与器件内部的块存储器（BRAM）相连，实现高速指令读取。

MFSL0～7主设备数据接口，提供点对点的通信通道。

SFSL0～7从设备数据接口，提供点对点的通信通道。

2　EDK开发流程

EDK（Embedded Development Kit）是Xilinx公司针对FPGA内部32位嵌入式处理器开发而推出的开发套件。EDK的工具包中集成了硬件平台产生器、软件平台产生器、仿真模型生成器、软件编译器和软件调试等工具，利用其集成开发环境XPS（Xilinx Plat form Studio）可以方便、快速地完成嵌入式系统开发的整个流程。EDK以IP core的形式，提供诸如LMB、OPB总线接口、外部存储控制器、SDRAM控制器、UART中断控制器、定时器及其他一些外围设备接口等资源，利用这些资源，设计者能够轻松构建一个完善的嵌入式处理器系统，其完整的设计框图如图2所示［2］。

图2　EDK完整设计框图

一个完整的嵌入式处理器系统设计通常包括3个部分：硬件系统的构建；存储器映射及软件的开发；应用程序开发。

在XPS集成开发环境下，嵌入式处理器硬件系统的构建由微处理器硬件规范（MHS）文件和微处理器外围设备描述（MPD）文件定义；软件系统结构由微处理器软件规范（MSS）文件定义，其开发流程如图3所示。

MHS文件用于描述硬件系统结构，定义处理器类型、总线接口、外设接口、中断处理和地址空间。该文件可用任意文本编辑器创建，是文本化的原理图输入。MPD文件包含外围设备的所有有效输入/输出接口和硬件参数。MSS文件主要用来定义软件库、驱动程序和文件系统。

3　雷达控制系统硬件平台设计

一般雷达由伺服系统、频综、接收机、发射机、信处系统与显示软件等组成，相控阵雷达没有发射机，但是由TR组件和波控机代替。因此要控制雷达实时高效地工作，必须要设计一个能够与各个分机稳定、高效通信的控制系统。通常情况下，一般采用Vxworks等实时操作系统实现雷达控制系统。但在一些特殊的应用场合，如对体积、重量、功耗有要求的无人机载平台或者弹载平台的雷达来说，采用Vxworks实时操作系统不太现实，此时就需要通过别的设计方案来实现雷达控制系统，如采用在AD板上的FPGA内部搭建一个基于MicroBlaze的嵌入式操作系统来实现雷达系统内部的通讯控制与雷达工作控制等功能，既减少了雷达的重量和功耗，又减轻了调试的难度，还不增加成本，有极高的优越性。

图3　系统设计流程图

在传统设计中，雷达中心控制系统一般采用异步422串口与伺服系统通信，采用同步422串口与频综、接收机、波控机等分机通信，采用PCIe或者PCI等总线与上位机通信。在EDK开发环境中异步422串口、PCIe等组件以软IP核的形式可以直接调用，同步串口可以通过设计者编写用户IP的形式添加到系统中。为了使MicroBlaze处理器能够高效地运行，还需要在系统中添加一个中断控制器管理各个设备提交给处理器的中断。图4是某雷达通讯控制系统的EDK架构图。

从图4中可以看出LMB总线（处理器本机总线）为指令和数据一侧提供独立的32位地址和64位数据总线，异步串口设备（图4中的uart232_ins）和同步串口设备（图4中的uart422_plane）通过axi4lite总线与处理器连接，PCIe接口（图4中的axi_pcie_0设备）和DMA控制器（图4中的axi_cdma_0设备）通过axi4总线连接，所有设备的中断信号通过中断控制器（图4中的axi_intc_0设备）连接到处理器上。图中只有串口设备和其他外设（图4中的data_buffer_0设备和edk_reg、my_irq_test_0等设备）通过axi4_lite总线与处理器连接，即MicroBlaze可以通过axi4_lite总线访问串口设备和其他外设。data_buffer_0设备和edk_reg的主要作用是用来存储处理器解码完后的串口信息和外部逻辑发送给处理器的数据。my_irq_test_ 0是用户IP，用来把雷达基本定时中断CPI脉冲和PRF脉冲接入到系统中。而PCIe IP核和axi_cdma作为主设备只需要配置好参数并搭建好外设（图4中的pcie_reg_0设备），即可由上位机设备访问。

图4　雷达通讯控制EDK实现架构图

4　雷达控制系统软件设计

雷达系统的工作需要由严格的时序，因此在控制雷达各个分机工作时，也需要由严格的时序。这部分就需要由嵌入式系统的软件设计来保证。

在工作时，首先需要控制雷达工作在空闲状态下，即只产生基本的定时脉冲（PRF）；在接收到上位机的控制指令时，首先判断指令是否更新，如果更新则根据指令产生雷达工作模式与该模式下的定时参数（如PRT、CPI、采样延时、本振触发、发射触发、接收控制、收发保护等），然后再按照指令产生频综、伺服、波控等分机的工作参数，产生完成后按照工作时序发送给各个分机。

图5是雷达控制系统的软件流程图。

上图中的各个事件判断都是根据各个设备在事件到来后产生中断，然后交给中断控制器。中断控制器会根据优先级向处理器提交中断。处理器接收到中断后，根据中断号和中断向量识别是哪个事件产生，然后完成对应的任务。

图5　雷达控制系统软件流程图

5　结束语

本文给出了基于软核处理器MicroBlaze的嵌入式开发过程，研究了基于MicroBlaze的雷达控制嵌入式系统的设计，将Xilinx公司提供的IP core和用户定制的IP core挂到MicroBlaze软核上构建雷达控制系统，提供了系统的集成度，满足了雷达系统工作的需要。

［1］王尔申，张淑芳，张芝贤.基于XilinxMicroBlaze的嵌入式GPS接收机研究［J］.通信技术，2010（10）：33-35.

［2］孙航.Xilinx可编程逻辑器件的高级应用与设计技巧［M］.北京：电子工业出版社，2004.

Design of Embedded RADAR Controlling System based on MicroBlaze

Shi Xiaofeng
（Air Force Engineering University，Xi'an Shaanxi 710051；Xi'anAir Force Flight Academy，Xi'an Shaanxi 710306）

The core of the embedded system is microprocessor，it is based on computer technique and has the main characteristic ofhigh real-time application.In this text，we design the system to control the communication of Radar based on the MicroBlaze microprocessor of Xilinx Company，usingthe embedded developing sets of EDK tools，and providedall the modules of the system hardware and software and the realization of the overall design.The result of the experiment showed the system can control radar working efficiently and stably.

embedded control；EDK；MicroBlaze

TP368

A

1003-5168（2015）05-0015-3

2015-4-27

史晓丰（1982.10-），男，讲师，研究方向：通讯工程。