2.1 引言

本课题是来源于雷达辐射源识别项目，需要对雷达辐射源中频信号进行采集传输

和存储。本章基于项目需求，介绍采集卡的总体设计方案。采集卡设计包括硬件设计

和软件设计。首先对采集卡的性能和指标进行分析，接着提出硬件的总体设计，在硬

件设计基础上提出软件的总体设计，最后对用到的相关协议与关键技术进行说明。

2.2 总体设计概述

2.2.1

采集系统指标分析

本项目中雷达辐射源中频信号频带为 760MHz ～ 1060MHz ，该雷达信号是一种带

通信号。采用带通采样定理，可以使采样率降低，进而降低数据传输速率。使得硬件

和软件更容易实现。

由公式 2-1 得，雷达辐射源信号的采样率大于 706.6Msa/s 时，就可以从采样的数

据中恢复出原始信号。实际中由于滤波器的特性不很理想，如果信号采样率过低，会

引起频谱混叠现象，导致恢复出的信号质量过差。因此实际采样率要高于理论的采样

率，才能保证恢复出的信号质量。本次设计的 AD 子卡的最大采样率为 1.6Gsa/s ，采

样精度为 12 位，数据最大速率为 19.2Gbps ，可满足项目数据采集要求。

采样后的数据形成高速数据流通过高速接口进入处理器，需要高效稳定的处理器

和高速数据传输协议技术来完成数据的接收、处理和发送。 Zynq7000 系列 SoC 内部

集成了以 FPGA 为基础的 PL 部分和以 ARM 为核心的 PS 部分，可单芯片实现数据

采集和数据处理功能。本文设计提供的 AD 子卡可实现雷达模拟信号的 AD 转换，并

形成高速数据流传输至采集卡。

由于高速接口不同，协议和传输速率也不同，如果采取直连的方式，可能会有数

据丢失的现象发生，在某些情况下，需要一定量的数据才可以进行处理，这需要一种

数据缓存技术解决。一般采用 DDR3 SDRAM 芯片用做高速数据缓存，DDR3 SDRAM

为了灵活设计，采集系统采用载卡 + 子卡的方式，载卡和子卡之间用 FMC 接口

连接，可以满足不同子卡的数据传输。载卡的设计方式为核心板 + 底板，核心板为

Zynq7000 SoC 的最小系统，并经接插件引出芯片的接口至底板，底板主要是给核心

板供电和连接 Zynq7000 SoC 的外围接口。为了使采集系统适用于多种场合，采集系

统提供光纤子卡和 AD 子卡两种方式进行数据采集传输，其中，光纤子卡用来接收高

速数字信号， AD 子卡用来对辐射源信号进行模 -数转换，形成高速数据流，子卡输出

为了满足雷达辐射源识别项目需求，高速数据传输速率应不小于 19.2Gbps 。 FMC

接口支持的数据最大传输速率为 10Gbps ，为了实现高速率数据传输，光纤采用 4 通

道传输，单通道速率为 10Gbps ，总传输速率为 40Gbps ，为了与光纤速率保持同步，

PCIE 采用 2.0 协议，单通道 5.0Gbps ， x8 模式，总速率为 40Gbps ，与光纤速率相同。

传输速率能基本满足大多高速数据传输。

（

2 ）嵌入式软件总体设计

嵌入式软件设计主要在 PS 端开发，是为将来的用户应用程序做准备。在完成 PL

部分的设计基础上，使用 Vivado 软件自带的 SDK 开发平台，在 Linux 系统的环境下

进行嵌入式的开发设计。本设计在 Ubuntu 下完成嵌入式软件设计，通过运行一系列

脚本文件进行系统编译、内核编译、生成镜像和烧写镜像等操作。

（

3 ）上位机软件总体设计

上位机的功能应具有采集卡的识别、检测和初始化，此外还能接收来自 PCIE 接

口的数据，并可以把数据保存成文件。

在 PC 机上开发 PCIE 驱动需要使用驱动开发工具，本次设计的 PCIE 驱动开发

使用 WinDriver 开发工具。 WinDriver 软件是由 Jungo 公司开发的驱动开发平台，能

支持多种操作系统，软件提供了 windrvr.sys 内核，可用来与操作系统实现核心交互，

使开发者不用直接操作系统内核，只用通过函数库来实现与系统内核的通信，这样既

简化了驱动程序开发流程也提高了驱动开发效率。

上位机在 Visual Studio(VS) 开发平台上进行开发， VS 是微软公司推出的开发工