《電子技術應用》
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一種基于FPGA的多路高速雷達數據存儲技術
電子技術應用
林建華，沈秀風，田春雨
（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214000）
摘要： 為了解決先進雷達數據存儲應用領域的帶寬高、通道多、容量大、集成度高等難題，提出了一種基于FPGA的多通道數據源的NVMe固態(tài)盤存儲陣列技術。存儲單元設計成標準模塊集成于雷達系統；以FPGA為核心芯片，采用雙組內存同時并行讀寫數據以及雙通道PCIe Gen3獨立處理數據的方法，設計了復雜的邏輯功能模塊，實現了大數據流的傳輸和處理，提高了存儲帶寬。該技術已經實際應用于工業(yè)環(huán)境下的雷達，經反復測試表明，單個存儲單元能同時存儲16路數據源，存儲容量達24 TB，存儲帶寬達7 GB/s，可滿足系統存儲性能。
中圖分類號：TP274
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223427
中文引用格式： 林建華，沈秀風，田春雨. 一種基于FPGA的多路高速雷達數據存儲技術[J]. 電子技術應用，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

相控陣等先進雷達系統的性能日趨復雜，短時間內就會產生大量數據，高達幾吉字每年秒以上。采用數據存儲技術記錄雷達數據，為雷達的研制調試、檢飛試驗、實戰(zhàn)演習等方面提供數據分析的依據。研制便攜式或集成式存儲單元，將雷達的多路海量高速數據進行實時連續(xù)記錄、轉儲分析和在線回放。便攜式存儲單元作為一個獨立設備，方便攜帶，但系統集成度低；集成式存儲單元作為雷達的配套組成模塊，通過背板等方式與雷達分系統互連，利于系統集成。

國內已有大量的數據存儲技術的研究，文獻[3]使用PCIe交換和NVMe固態(tài)盤（Solid State Disk，SSD）存儲陣列實現RAID0，最大存儲帶寬為3.2 GB/s，容量為10 TB，為本文的存儲架構設計提供一定的基礎，但帶寬受限且集成度不高；文獻[4]采用FPGA側的NVMe主控端IP核，外掛單片NVMe固態(tài)盤，架構簡單，帶寬有限，若FPGA實現軟RAID0功能，難度較大，且FPGA的PCIe IP核資源有限；文獻[5]提出了SATA存儲方案，以FPGA作為邏輯控制核心，內嵌8個SATA控制器，完成SATA SSD盤陣讀寫性能，達到3.3 GB/s的存儲帶寬，當要求更高存儲帶寬時，因SATA在寫盤過程中會不定期啟動垃圾回收，很難保證存儲陣列穩(wěn)定連續(xù)寫盤，且需更多數量的SATA SSD提高帶寬，擴展性受限。

綜上，各種數據存儲技術適用于一定的應用場景，但要滿足復雜雷達系統的數據路數多、記錄時間長、存儲帶寬高、集成度高等要求，國內幾乎沒有相關文獻報道。結合實際工程應用需求，將存儲單元設計成6U VPX標準單板形式，通用性和適配性強，可與雷達分系統無縫集成；底層利用了PCIe Gen3通道的低延時和并行性，提升了數據傳輸帶寬；利用了FPGA豐富的高速串行數據收發(fā)接口以及高效的并行數據處理性能，方便與雷達系統的多路高速光纖信號互連，保證NVMe SSD盤陣的高速存儲。



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作者信息：

林建華，沈秀風，田春雨

（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214000）

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