[发明专利]基于多FPGA的波束形成器输出数据带宽控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及FPGA技术及数字波束形成计算领域，具体涉及一种基于多FPGA的波束形成器输出数据带宽控制装置。

背景技术

波束形成计算是信号处理领域的一种常用的信号处理方式，在声纳信号处理，雷达信号处理，超声波探测等领域具有很广泛的应用。在这些应用中，如果探测或者扫描的范围很大、实时性要求很高，经过波束形成计算后，得到的与每个空间位置对应的波束形成结果总数据量将达到极其庞大的规模，远远超过系统后续的数据传输和分析能力。因此，实际应用中往往需要通过选用合适的阈值，对波束形成器输出的结果进行筛选，仅保留强度超过阈值的一部分波束形成结果，从而将后续待处理的数据总量控制在一定范围。

近些年，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)技术得到了快速的发展，FPGA开始应用于声纳、雷达等系统的数字波束形成算法(Digital beamforming)，出现了一种新的数字波束形成器的解决方案。基于FPGA的数字波束形成器的实现方案同时利用了传统软件和硬件实现方案的优点，不但保证了系统的高性能，而且增加了系统的通用性、灵活性，因此正得到越来越广泛的应用。同样的，基于FPGA的数字波束形成器也面临着前文提到的带宽控制问题。不仅如此，在一些高性能波束形成器中，由于大规模实时运算的需要，往往对探测范围或整体计算过程进行合理的划分、利用多片FPGA进行分布式并行计算。但是，由于某一目标往往仅处于某一特定的空间位置，为保证对目标的探测精度，不能在各个并行处理FPGA之间对系统带宽进行简单的平均分配，而需要找到一种合适的带宽控制方法，使得在整个探测范围内，随着目标位置和形态的变化，系统带宽都能够被有效的分配到目标位置。

发明内容

本发明提供了一种基于多FPGA的数字波束形成器输出数据带宽控制装置，适用于多FPGA并行波束形成计算系统，通过两级带宽控制方法，在整个探测范围对系统带宽进行动态的分配，能比较合理的保留有效的波束形成结果。

一种基于多FPGA的波束形成器输出数据带宽控制装置，包括：

N个初级带宽控制单元，位于N个信号处理FPGA单元中，与N个并行波束形成计算模块一一对应，用于分别对每个并行波束形成计算模块输出的波束形成结果进行带宽控制，得到在系统带宽允许量以内的有效波束形成结果数据，并发送到数据接口FPGA单元；

一个数据接口FPGA单元，为次级带宽控制单元，用于从N个信号处理FPGA单元中接收所述的有效波束形成结果数据，并对接收到的有效波束形成结果数据进行带宽控制，将数据总量控制在系统设定的带宽以内，得到在系统带宽允许量以内的最优波束形成结果数据，作为整个波束形成器输出最终数据，并传输到通讯处理器；所述的最优波束形成结果数据是选择自N个信号处理FPGA单元的有效波束形成结果数据中的、相对强度较大的一部分有效波束形成结果数据，并保证最终数据总量不超过系统带宽允许量；

一个通讯处理器，用于通过自身的标准数据读写接口，从数据接口FPGA单元读取整个波束形成器输出最终数据，并传输或存储到后续处理设备。

其中，所述的每个初级带宽控制单元，包括第一参数接收模块、第1级带宽控制模块、本地存储器、存储器控制模块和数据发送模块，

所述的第一参数接收模块，用于通过专门的命令设置通道，接收所述的通讯处理器设定的带宽控制参数，并提供给第1级带宽控制模块；所述的带宽控制参数包括：当前设定带宽、带宽控制逻辑内部相关的参数等；

所述的第1级带宽控制模块，用于对并行波束形成计算模块输出的波束形成结果进行第1级带宽控制，并输出有效波束形成结果数据，数据总量控制在设定带宽内；

所述的本地存储器，用于存储由第1级带宽控制模块输出的有效波束形成结果数据；

所述的存储器控制模块，用于实现对本地存储器的读写控制，将第1级带宽控制模块输出的有效波束形成结果数据首先存入到本地存储器，然后在数据发送模块需要发送数据时从本地存储器内读出有效波束形成结果数据并提供给数据发送模块；

所述的数据发送模块，用于在被数据接口FPGA单元选中的状态下，发送有效波束形成结果数据到数据接口FPGA单元；

所述的第一参数接收模块、第1级带宽控制模块、存储器控制模块、数据发送模块和并行波束形成计算模块位于同一片FPGA芯片内，所述的FPGA芯片和本地存储器构成信号处理FPGA单元。

其中，所述的数据接口FPGA单元包括：