基于FPDP的高速数据传输系统设计

随着电子技术的高速发展，越来越多的信号处理系统，需要高速的数据采集和大吞吐量的数据传输，来实现数据的高速实时处理能力。在雷达系统中，原始数据中包含丰富的信息，及时获得原始数据并进行实时分析就显得尤为重要，因此在雷达处理机中需要大量使用板间通信，并保证板间数据传输具有高速性和可靠性。单板系统已经不能满足需求，需要多板共同实现。
FPDP总线可用于两个或多个VME板之间的高速数据传输，其数据传输速率可达160 MB／s。FPDP总线位于VME板卡的前面板，完全不影响位于背板插槽的VME总线。在实际应用中，一块VME板卡允许有多个FPDP端口。因此，在雷达系统中，可使用FPDP总线必将提高数据传输和处理能力。

1 FPDP总线概述
FPDP(Front Panel Data Port，前面板数据端口)总线最初是由加拿大的Interactive Circuits and Sys-tems Ltd(ICS)公司开发，后经VSO(VITA Stand-ards Organization)组织提出并形成标准协议。FPDP总线是32位的并行同步总线，通过80芯的扁平连接电缆进行板间连接。主要用于两个或多个VME总线板卡间进行高速数据传输。
FPDP总线上的设备可以有：
(1)FPDP主发送设备(FPDP／TM：FPDPTransmitter Master)，主发送设备是数据传输的源端，并产生所有其他板需要的时钟及相关时序信号；
(2)FPDP主接收设备(FPDP/RM：FPDP Re-ceiver Master)，主接收设备是数据传输的末端，用于接收数据和终止控制信号；
(3)FPDP接收设备(FPDP／R：FPDP Receiv-er)，接收设备只是接收数据，没有终止控制信号，允许数据传输继续下去。
FPDP总线上必须至少有一个主发送设备和一个主接收设备。但可以有多个接收设备，从而可以实现“多点”传送。在某一时刻，总线中只有一个主发送设备，传输以单方向进行，故在总线上的设备之间也就不存在总线的竞争和冲突问题。所以FPDP总线协议不包含地址和仲裁周期，从而可以实现高速数据传输。
虽然FPDP总线为单向传输，但可以通过硬件链路开关或者软件手段对FPDP总线的发送设备与接收设备进行配置，实现分时复用的双向数据传输。

2 设计实例
在雷达系统中，原始数据(有关目标的距离、方问、速度等状态参数)的变化对于成像结果有着十分重要的影响。因此能不能够实时传输采集到的原始数据并进行有效分析，将直接影响到成像质量的好坏。
在该设计中，FPGA的数据通道采用FPDP总线结构，分别与A／D板、DSP板相连，进行实时高速数据传输。A／D板负责对回波信号进行高速采集，DSP板接收FPGA发送过来的合成数据进行后期处理。FPDP接收模块负责接收来自A／D板的原始回波数据，FPDP发送模块负责把原始回波数据及其他飞机参数打包并以FPDP协议的形式发送给DSP板。如图1所示。

A／D板与DSP板的数据接口均为FPDP总线结构，发送方式为单帧模式。对于单帧数据传输模式，同步信号SYNCn应该先于第一个发送的数据，此时数据有效信号(DVALIDn)仍为高，指示数据无效。在进行数据传输时，将DVALIDn信号有效，在时钟STROB(或PSTROBE)上升沿的同步下将发送数据驱动到FPDP的数据总线上。在时钟STROB(或PSTROBE)上升沿，接收设备对D[31．．0]和DVALIDn信号进行采样。若DVALIDn为低，则认为发送过来的数据是有效的。单帧数据传输波形图，如图2所示。

为了满足信号处理机实时处理的要求，要求输入到DSP板的原始数据符合处理的数据格式。而采集到的数据需按一定格式打包，称为数据合成。FPGA要将来自不同设备的数据合成为所需的帧格式后转发到DSP板。这样，DSP板在获得数据帧后就可以直接进行处理而不必再有格式转换的开销。其原理图，如图3所示。

由于FPDP总线传输实时性要求很强，在传输过程中不允许数据丢失，具有数据量大、传输速度高等特点。因此，FPDP接收逻辑应在接收到原始回波数据后，尽快发送给DSP板。否则，将造成数据堵塞、丢失及紊乱，严重影响后端的成像处理，因此在FPDP总线收发逻辑之间引入一个数据缓冲区FIFO，暂存原始回波数据。