《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置：首頁 > 嵌入式技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 一種基于FPGA的多路高速雷達(dá)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)
一種基于FPGA的多路高速雷達(dá)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)
電子技術(shù)應(yīng)用
林建華，沈秀風(fēng)，田春雨
（中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214000）
摘要： 為了解決先進(jìn)雷達(dá)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域的帶寬高、通道多、容量大、集成度高等難題，提出了一種基于FPGA的多通道數(shù)據(jù)源的NVMe固態(tài)盤存儲(chǔ)陣列技術(shù)。存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)模塊集成于雷達(dá)系統(tǒng)；以FPGA為核心芯片，采用雙組內(nèi)存同時(shí)并行讀寫數(shù)據(jù)以及雙通道PCIe Gen3獨(dú)立處理數(shù)據(jù)的方法，設(shè)計(jì)了復(fù)雜的邏輯功能模塊，實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)流的傳輸和處理，提高了存儲(chǔ)帶寬。該技術(shù)已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境下的雷達(dá)，經(jīng)反復(fù)測試表明，單個(gè)存儲(chǔ)單元能同時(shí)存儲(chǔ)16路數(shù)據(jù)源，存儲(chǔ)容量達(dá)24 TB，存儲(chǔ)帶寬達(dá)7 GB/s，可滿足系統(tǒng)存儲(chǔ)性能。
中圖分類號(hào)：TP274
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223427
中文引用格式： 林建華，沈秀風(fēng)，田春雨. 一種基于FPGA的多路高速雷達(dá)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(6)：114-120.
英文引用格式： Lin Jianhua，Shen Xiufeng，Tian Chunyu. A storage technology of the multi-channel high-speed radar data based on FPGA[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(6)：114-120.
A storage technology of the multi-channel high-speed radar data based on FPGA
Lin Jianhua，Shen Xiufeng，Tian Chunyu
(The 58th Research Institute of CETC， Wuxi 214000， China)
Abstract： In order to solve the problems such as high-bandwidth, multi-channel, large-capacity and high-integration in the data storage domain of advanced radars, a NVMe solid state disk storage array technology of multi-channel data based on FPGA is proposed. This storage unit integrated in the radar system is designed as a standard module. It takes FPGA as the core chip, which uses the methods of parallel double-group memory writing and reading data simultaneously, and dual-channel PCIe Gen3 processing data independently. And it designs complex logical function modules, achieves the transmission and processing for big data stream, and improves the storage bandwidth. This technology is applied to the radar in the industrial environment. The repeatable tests show that a storage unit can simultaneously store 16-channel data with the storage capacity up to 24 TB and writing bandwidth up to 7 GB/s, and can meet the system storage performance.
Key words : radar；FPGA；multi-channel data；PCIe；NVMe solid state disk；dual-channel processing；memory management

0　引言

相控陣等先進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)的性能日趨復(fù)雜，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，高達(dá)幾吉字每年秒以上。采用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)記錄雷達(dá)數(shù)據(jù)，為雷達(dá)的研制調(diào)試、檢飛試驗(yàn)、實(shí)戰(zhàn)演習(xí)等方面提供數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。研制便攜式或集成式存儲(chǔ)單元，將雷達(dá)的多路海量高速數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)記錄、轉(zhuǎn)儲(chǔ)分析和在線回放。便攜式存儲(chǔ)單元作為一個(gè)獨(dú)立設(shè)備，方便攜帶，但系統(tǒng)集成度低；集成式存儲(chǔ)單元作為雷達(dá)的配套組成模塊，通過背板等方式與雷達(dá)分系統(tǒng)互連，利于系統(tǒng)集成。

國內(nèi)已有大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的研究，文獻(xiàn)[3]使用PCIe交換和NVMe固態(tài)盤（Solid State Disk，SSD）存儲(chǔ)陣列實(shí)現(xiàn)RAID0，最大存儲(chǔ)帶寬為3.2 GB/s，容量為10 TB，為本文的存儲(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的基礎(chǔ)，但帶寬受限且集成度不高；文獻(xiàn)[4]采用FPGA側(cè)的NVMe主控端IP核，外掛單片NVMe固態(tài)盤，架構(gòu)簡單，帶寬有限，若FPGA實(shí)現(xiàn)軟RAID0功能，難度較大，且FPGA的PCIe IP核資源有限；文獻(xiàn)[5]提出了SATA存儲(chǔ)方案，以FPGA作為邏輯控制核心，內(nèi)嵌8個(gè)SATA控制器，完成SATA SSD盤陣讀寫性能，達(dá)到3.3 GB/s的存儲(chǔ)帶寬，當(dāng)要求更高存儲(chǔ)帶寬時(shí)，因SATA在寫盤過程中會(huì)不定期啟動(dòng)垃圾回收，很難保證存儲(chǔ)陣列穩(wěn)定連續(xù)寫盤，且需更多數(shù)量的SATA SSD提高帶寬，擴(kuò)展性受限。

綜上，各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)適用于一定的應(yīng)用場景，但要滿足復(fù)雜雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)路數(shù)多、記錄時(shí)間長、存儲(chǔ)帶寬高、集成度高等要求，國內(nèi)幾乎沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用需求，將存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)成6U VPX標(biāo)準(zhǔn)單板形式，通用性和適配性強(qiáng)，可與雷達(dá)分系統(tǒng)無縫集成；底層利用了PCIe Gen3通道的低延時(shí)和并行性，提升了數(shù)據(jù)傳輸帶寬；利用了FPGA豐富的高速串行數(shù)據(jù)收發(fā)接口以及高效的并行數(shù)據(jù)處理性能，方便與雷達(dá)系統(tǒng)的多路高速光纖信號(hào)互連，保證NVMe SSD盤陣的高速存儲(chǔ)。



本文詳細(xì)內(nèi)容請下載：http://ihrv.cn/resource/share/2000005360




作者信息：

林建華，沈秀風(fēng)，田春雨

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214000）

微信圖片_20210517164139.jpg

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng)，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。