雷達信號處理芯片技術（簡體書）

高效軟件實現信號處理算法是現代數字陣列雷達發展的基本趨勢，實現這個目標的技術基礎是擁有一個高效能、高性能的高速數字信號處理器（DSP）。《雷達信號處理芯片技術/雷達與探測前沿技術叢書》系統介紹“魂芯一號”高性能通用浮點數字信號處理器（BWDSP100）芯片結構及其特點、存儲器與寄存器、I/O資源及外設、指令系統、軟件編程、集成開發環境、硬件設計等內容，給出一些常用數字信號處理和雷達信號處理函數庫，並通過實際系統設計案例，介紹“魂芯一號”數字信號處理器的設計過程和解決方法。內容新穎，系統性強，理論聯繫實際，突出工程實現和應用。
《雷達信號處理芯片技術/雷達與探測前沿技術叢書》的讀者對像是各領域從事信號處理的科研和工程技術人員；《雷達信號處理芯片技術/雷達與探測前沿技術叢書》也可以作為高等學校電子工程相關專業研究生和高年級本科生的參考用書。

洪一

安徽銅陵人。1984年獲安徽大學無線電系學士學位，1987年畢業於西南電子技術研究所信息處理專業，同年獲成都電訊工程學院碩士學位。1987年進入西南雷達技術研究所並隨之同步轉到華東電子工程研究所工作至今，從事雷達信號處理研究及工程實現20年，2007年轉為從事集成電路設計工作。為我國數字化氣象雷達裝備和脈衝多普勒氣象雷達裝備信號處理系統、數字波束形成用於實際雷達裝備的開拓者。主持了我國從指令集、體系結構、物理實現、軟/硬件開發環境等均自主的高端浮點數字信號處理器——“魂芯一號”的研製。現為中國電子科技集團公司第三十八研究所集團首席科學家。安徽大學、合肥工業大學和中國科技大學博士生導師。安徽省首屆青年科技獎、全國五一勞動獎章等獲得者。獲國家科技進步獎一等獎、三等獎各一項，省部級獎十多項。享受“國務院政府特殊津貼”，是安徽省“115”產業創新團隊帶頭人。

陳伯孝

1966年生於安徽宿松。1987年畢業於華東冶金學院（現安徽工業大學）並留校工作至1991年8月、1994年、1997年分別獲西安電子科技大學碩士學位和博士學位。自2003年至今任西安電子科技大學教授、博士生導師，2006年入選教育部新世紀優秀人才支持計劃。一直從事新體制雷達系統、雷達信號處理、陣列信號處理、末制導雷達與目標跟踪等方面的應用基礎與工程實現的研究工作。發表學術論文200餘篇（其中SCI、EI收錄1 50多篇），出版學術專著三部：《綜合脈沖孔徑雷達》、《Synthetic Impulse and Aperture Radar： A NovelMulti-Frequency MIMO Radar》《現代雷達系統分析與設計》。已授權發明專利30餘項。榮獲國家科學技術進步二等獎2項，國防科學技術進步一、二、三等獎各1項，軍隊科技進步一、二等獎各1項。

雷達在第二次世界大戰中初露頭角。戰後，美國麻省理工學院輻射實驗室集合各方面的專家，總結戰爭期間的經驗，於1950年前後出版了一套雷達叢書，共28個分冊，對雷達技術做了全面總結，幾乎成為當時雷達設計者的必備讀物。我國的雷達研製也從那時開始，經過幾十年的發展，到21世紀初，我國雷達技術在很多方面已進入國際先進行列。為總結這一時期的經驗，中國電子科技集團公司曾經組織老一代專家撰著了“雷達技術叢書”，全面總結他們的工作經驗，給雷達領域的工程技術人員留下了寶貴的知識財富。
電子技術的迅猛發展，促使雷達在內涵、技術和形態上快速更新，應用不斷擴展。為了探索雷達領域前沿技術，我們又組織編寫了本套“雷達與探測前沿技術叢書”。與以往雷達相關叢書顯著不同的是，本套叢書並不完全是作者成熟的經驗總結，大部分是專家根據國內外技術發展，對雷達前沿技術的探索性研究。內容主要依托雷達與探測一線專業技術人員的最新研究成果、發明專利、學術論文等，對現代雷達與探測技術的國內外進展、相關理論、工程應用等進行了廣泛深入研究和總結，展示近十年來我國在雷達前沿技術方面的研製成果。本套叢書的出版力求能促進從事雷達與探測相關領域研究的科研人員及相關產品的使用人員更好地進行學術探索和創新實踐。
本套叢書保持了每一個分冊的相對獨立性和完整性，重點是對前沿技術的介紹，讀者可選擇感興趣的分冊閱讀。叢書共41個分冊，內容包括頻率擴展、協同探測、新技術體制、合成孔徑雷達、新雷達應用、目標與環境、數字技術、微電子技術八個方面。
（一）雷達頻率迅速擴展是近年來表現出的明顯趨勢，新頻段的開發、帶寬的劇增使雷達的應用更加廣泛。本套叢書遴選的頻率擴展內容的著作共4個分冊：
（1）《毫米波輻射無源探測技術》分冊中沒有討論傳統的毫米波雷達技術，而是著重介紹毫米波熱輻射效應的無源成像技術。該書特別採用了平方千米陣的技術概念，這一概念在用乾涉式陣列基線的測量結果來獲得等效大口徑陣列效果的孔徑綜合技術方面具有重要的意義。
（2）《太赫茲雷達》分冊是一本較全面介紹太赫茲雷達的著作，主要包括太赫茲雷達系統的基本組成和技術特點、太赫茲雷達目標檢測以及微動目標檢測技術，同時也討論了太赫茲雷達成像處理。
（3）《機載遠程紅外預警雷達系統》分冊考慮到紅外成像和告警是紅外探測的傳統應用，但是能否作為全空域遠距離的搜索監視雷達，尚有諸多爭議。該書主要討論用監視雷達的概念如何解決紅外極窄波束、全空域、遠距離和數據率的矛盾，並介紹組成紅外監視雷達的工程問題。
（4）《多脈衝激光雷達》分冊從實際工程應用角度出發，較詳細地闡述了多脈衝激光測距及單光子測距兩種體制下的系統組成、工作原理、測距方程、激光目標信號模型、回波信號處理技術及目標探測算法等關鍵技術，通過對兩種遠程激光目標探測體制的探討，力爭讓讀者對基於脈衝測距的激光雷達探測有直觀的認識和理解。
（二）傳輸帶寬的急劇提高，賦予雷達協同探測新的使命。協同探測會導致雷達形態和應用發生巨大的變化，是當前雷達研究的熱點。本套叢書遴選出協同探測內容的著作共10個分冊：
（1）《雷達組網技術》分冊從雷達組網使用的效能出發，重點討論點跡融合、資源管控、預案設計、閉環控制、參數調整、建模仿真、試驗評估等雷達組網新技術的工程化，是把多傳感器統一為系統的開始。
（2）《多傳感器分佈式信號檢測理論與方法》分冊主要介紹檢測級、位置級（點跡和航跡）、屬性級、態勢評估與威脅估計五個層次中的檢測級融合技術，是雷達組網的基礎。該書主要給出各類分佈式信號檢測的最優化理論和算法，介紹考慮到網絡和通信質量時的聯合分佈式信號檢測準則和方法，並研究多輸入多輸出雷達目標檢測的若干優化問題。
（3）《分佈孔徑雷達》分冊所描述的雷達實現了多個單元孔徑的射頻相參合成，獲得等效於大孔徑天線雷達的探測性能。該書在概述分佈孔徑雷達基本原理的基礎上，分別從系統設計、波形設計與處理、合成參數估計與控制、稀疏孔徑布陣與測角、時頻相同步等方面做了較為系統和全面的論述。

第1章概述
1．1雷達信號處理概述
1．1．1雷達信號處理的發展
1．1．2雷達信號處理的特點
1．2數字信號處理器
1．2．1數字信號處理器概述
1． 2．2數字信號處理器的發展
1．2．3 “魂芯一號”高速數字信號處理器概述

第2章處理器體系架構
2．1體系架構
2．2 eCl04內核結構
2．2．1運算單元執行宏（Macro）
2．2．2運算部件
2．2．3程序控制器
2．3總線
2．4內部存儲器
2．5外設

第3章存儲器與寄存器
3．1地址空間
3．2存儲器
3．2．1存儲器的組織結構
3．2．2存儲器數據總線操作
3．2．3存儲器與其他部件的數據交換
3．3地址發生運算器部件
3．4尋址方式
3．5地址衝突與地址非法
3．5．1地址衝突
3．5．2地址非法
3．6總線仲裁
3．7寄存器
3．7．1全局控制寄存器GCSR
3．7．2內核執行單元控制與標誌寄存器
3．7． 3 DMA控制寄存器
3．7．4中斷控制寄存器
3．7．5定時器控制寄存器
3．7．6通用I/O控制寄存器
3．7．7並口配置寄存器
3．7．8 uART控制寄存器
3．7．9 DDR2控制器的配置寄存器
3．7 ．1 0數據存儲器讀寫衝突標誌寄存器

第4章處理器指令體系
4．1指令結構與特點
4．1．1指令基本語法規制
4．1．2指令語法約定
4．1．3指令速查
4 ．2 ALU指令
4．3 MuL指令
4．4 SPU指令
4．5 SHF指令
4．6數據傳輸指令
4．7雙字指令
4．8非運算類指令
4．9編程資源約束
4．9．1編程資源
4．9．2並行指令的約束規則
4．9．3數據相關

第5章處理器I/O資源及外設
5．1中斷及異常
5．1．1中斷類型
5．1．2中斷控制寄存器
5．1．3中斷響應過程
5．1．4異常現象
5．2 DMA控制器
5．2．1 DMA控制器基本結構
5．2．2 DMA總線仲裁
5．3鏈路口
5．3． 1鏈路通信接口
5．3．2鏈路口DMA控制寄存器
5．3．3鏈路口配置例程
5．4並口
5．4．1並口接口信號
5．4．2並口地址線位寬說明
5．4．3並口控制寄存器
5．4．4並口配置例程
5．5 UART控制器
5．5．1 UART接口信號
5．5．2波特率
5．5．3 UART收發實現
5．5．4 UART狀態與異常處理
5．5．5 UART配置例程
5．6 GPIO口
5．6．1 CPIO功能說明
5．6．2 GPlO口配置例程
5．7定時器
5．7．1定時器控制寄存器
5．7．2定時器復位與計數
5．7 ．3定時器脈衝產生
5．7．4定時器說明
5．7．5定時器配置例程
5．8 DDR2接口
5．8．1 DDR2接口信號
5．8．2 DDR2控制器
5．8．3 PHY接口
5．8．4 DDR2配置舉例

第6章處理器開發工具
6．1 “魂芯一號”應用開發流程
6．2 “魂芯一號”在線調試系統
6．2．1 “魂芯一號”的功能模式
6．2．2 “魂芯一號”的在線調試資源
6．3 “魂芯一號”的集成開發環境
6．3．1工程管理和編輯器
6．3．2調試器
6．3．3統計分析功能
6．3．4支持混合編程和調試
6．3．5豐富的幫助文檔
6．4編譯器
6 ．4．1編譯器命令行參數
6．4．2運行環境與模型
6．4．3編碼器對IS0 C90標準的擴展
6．5宏預處理器
6．5．1宏預處理器的命令行形式
6．5．2標識符
6．5．3表達式
6．5．4宏命令
6．6規則檢查器
6．6．1規則檢查器的命令行形式
6．6．2錯誤和警告提示信息格式
6．6．3錯誤信息列表
6．6．4警告信息列表
6．7彙編器
6．7．1彙編器命令行形式
6．7．2彙編文件格式
6．7．3標識符（symb01）
6．7．4表達式
6．7．5彙編偽指令
6．8鏈接器
6．8．1鏈接器命令行形式
6．8．2鏈接器命令文件的編寫
6．9反彙編器
6．1 0庫生成器

第7章基於處理器的硬件設計
7．1硬件設計概述
7．2 DSP系統的基礎設計
7．2．1電源電路設計
7．2．2復位電路設計
7．2．3時鐘設計
7．3 DSP外設引腳及佈局佈線指導
7．3．1並口引腳
7．3．2 Link端口引腳
7．3．3 LVDS的PCB佈線指導
7．3．4 DDR2端口的PCB設計
7．4多處理器耦合
7．4．1通過鏈路口進行多處理器耦合
7．4．2通過並口進行多處理器耦合
7．4 ．3通過飛越傳輸方式進行多處理器耦合
7．4．4通過UART進行多處理器耦合
7．4．5通過GPl0進行多處理器耦合
7．5調試系統設計
7．6引導系統設計
7．6 ．1 FLASH編程
7．6．2主片引導
7．6．3從片引導
7．7硬件設計實例
7．7．1整體架構圖
7．7．2電源
7．7．3程序加載
7．7 ．4 DSP設置

第8章信號處理應用程序設計
8．1 FFT的DSP實現
8．1．1 FFT的基本原理
8．1．2 FFT設計方法
8．1．3 FFT的DSP實現
8．1．4 FFT應用舉例
8．2 FIR的DSP實現
8．2．1 FIR濾波器的基本結構
8．2．2 FIR濾波器設計方法
8．2．3 FlR濾波器的DSP實現
8．2．4 FIR濾波器應用舉例
8．3脈沖壓縮DSP實現
8．3．1脈沖壓縮的基本原理
8．3．2脈沖壓縮設計方法
8．3 ．3脈沖壓縮DSP實現
8．4向量運算的庫函數
8．5矩陣運算的庫函數
8．6常用的窗函數
8．7信號產生的庫函數
8．8雷達信號處理的庫函數
8．8． 1抽取比可變的低通濾波器
8．8．2脈衝相關處理
8．8．3動目標顯示MTI
8．8．4自適應動目標顯示AMTI
8．8．5多通道恆虛警檢測（ CFAR）
8．8．6統計數組中正數的個數
8．8．7 DOA估計

第9章系統設計實例
9．1 “魂芯一號”Demo板簡介
9．2案例一：某陣列雷達實測數據處理
9．2．1數據處理流程
9．2．2 “魂芯一號”Demo實驗平台上處理過程實現
9．3案例二：雷達系統演示平台
9．3．1系統整體架構
9．3．2終端軟件演示平台
9．3．3 FPGA模擬產生目標回波信號
9．3．4 DSP雷達信號處理程序設計
9．3．5系 統聯調結果

附錄A “魂芯一號”指令集資源約束表
附錄B 32位浮點FFT彙編源程序
參考文獻
主要符號表
縮略語