引用本文:

姜浩,李和平,马翠梅. 基于ZYNQ的光纤-以太网传输系统设计[J]. 光通信技术,2020,44(7):19-23.

基于ZYNQ的光纤-以太网传输系统设计

姜 浩1,2,3,李和平1,3,马翠梅1,3

(1.中国科学院 空天信息创新研究院,北京 100094;2.中国科学院大学,北京 100049;3.中国科学院 电子学研究所,北京 100190)

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摘要:为满足合成孔径雷达实时成像、数据回放等高速可靠数据传输需求,解决传统数据传输系统由于接口要求高、体积与功耗大以及网络配置不灵活等原因不适合用于外场试验的问题,基于ZYNQ芯片设计一种光纤接口到以太网接口的数据传输系统。主要介绍数据传输流程的实现方法,并提出一种三级乒乓和指令并行的优化策略保证数据正确,提高传输速度;通过移植嵌入式Linux系统实现灵活修改网络配置。与传统方案相比,该系统在体积、功耗和灵活性上具有明显优势。经实验验证,数据传输速度可达770 Mb/s。

关键词:高速数据传输;合成孔径雷达;Aurora IP用户接口;千兆以太网;现场可编程门阵列;嵌入式Linux;内存映射;乒乓操作

中图分类号:TN959;TN914 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)07-0019-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.07.005

0 引言
        飞行试验获取合成孔径雷达(SAR)数据需要消耗大量资源,一般使用计算机实现与雷达系统的高速数据传输。雷达系统普遍使用光纤接口,而绝大部分计算机没有光纤接口,需要一种将光纤接口转为计算机通用接口的高速数据传输系统[1-11]。
  千兆以太网速率较高、抗干扰能力强且使用方便,更适用于小体积、低功耗的高速数据传输系统。实现千兆以太网数据传输的方案有高级精简指令集处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)架构方案[12]、数字信号处理(DSP)+FPGA架构方案[1]和FPGA脱机方案[13-14]。前2种方案设计臃肿、集成度不高,难以控制体积和功耗;FPGA脱机方案开发周期长、程序修改困难且难以修改网络配置,使用不灵活。本文基于Xilinx ZYNQ7000系列芯片,设计一种将光纤接口高速串行数据转发为千兆以太网接口传输控制协议(TCP)数据的高速数据传输系统。

4 结束语
        本文设计了一种光纤接口转为以太网接口数据传输系统的实现方法,并提出了一种三级乒乓和预发送指令错位判断接收的策略,有效保证了数据正确传输,提高了传输速率,连续数据传输速度超过770 Mb/s。实现的系统PCB尺寸仅为91 mm×63 mm,使用5 V电压供电,工作电流为1.1 A,解决了传统传输系统体积与功耗大、不适用于外场试验的问题。通过在异构芯片ZYNQ的PS部分挂载嵌入式Linux操作系统,实现在不同网络环境下灵活配置系统的网段、IP和传输协议,扩展了使用场景,降低了后期维护难度。