CN113468101B - 一种基于国产cpu的雷达信号处理功能重构方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于国产CPU的雷达信号处理功能重构方法。针对目前雷达装备产品信号处理系统依托具体型号单一定制，采用封闭式软件架构实现专用功能的现状，解决现有技术存在模块化程度低、重用性差、不易维护和升级等缺点。本发明通过设计雷达信号处理功能软件框架，在国产CPU处理节点运行软件框架，软件框架包括命令解析模块、功能构建模块和功能重构模块，根据配置文件或接收上层软件命令将不同算法模块组装成信号处理功能运行，实现雷达信号处理的功能增加、删除、任务重组、任务迁移、功能伸缩及系统重构等功能。
Description
技术领域
本发明属于雷达信号处理领域。
背景技术
目前传统雷达装备产品信号处理系统依托具体型号进行单一定制，采用封闭式软件架构实现专用功能，不同项目上使用的信号处理系统软件需重复开发，升级扩展时也需重新研制，导致全生命周期研制成本高、开发效率低下等问题。
实现雷达信号处理的国产化硬件主要有FPGA、DSP、CPU等。FPGA和DSP在信号处理领域具有实时性强、功耗低、调试手段丰富等优势，但因其固有的设计方式，同时也有编译时间长、软硬件耦合程度高、算法模块化程度低、重用性差、不易维护和升级的缺点。
国产化CPU虽然相较于FPGA实时性较低，但其算法的重用性、维护性高、算法易升级可定制、编译方便、调试效率高，且可充分应用其多处理器多核并行处理性能，提高软件的处理性能。因此采用国产多核CPU处理器进行雷达信号处理成为现阶段雷达应用领域需求的新趋势和方向。目前雷达信号处理系统普遍存在以下技术问题：
1)雷达信号处理软件与雷达处理平台底层硬件耦合性强，一般需要根据雷达处理平台架构重新开发定制，可扩展性差；
2)信号处理软件功能框架不统一，无法适配新的功能及新的平台适配需求，且存在软件存模块化程度低、可重用性差以及维护升级困难等问题；
3)信号处理软件不具备模块化、通用化的条件，无法根据需求进行信号处理功能的快速配置和重构操作，软件重复调试问题严重、开发效率低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于国产CPU的雷达信号处理功能重构方法，具体是通过以下技术方案实现：
设计基于国产CPU的雷达信号处理软件框架，该框架运行于各CPU处理节点，通过准确及时的任务功能分配机制将系统的设计需求合理而有序的下发至相关算法模块，软件框架包括命令解析模块、功能构建模块和功能重构模块。命令解析模块接收上层软件的设计命令，包括问询命令和重构命令；功能构建模块完成本地配置方式下国产CPU处理节点的算法模块的功能和流程组建；功能重构模块完成系统功能增加、删除、任务重组、任务迁移、功能伸缩及系统重构等功能。
进一步的，命令解析模块的网络线程接收到功能设计分配软件的命令报文后，对通信命令类型进行判断，解析上层的问询、控制命令报文，将解析的结果通知相应的模块，对不同的命令进行对应的处理。
进一步的，功能构建模块初始化时，定义所有信号处理算法模块未实例化的指针，根据配置文件或接收命令将需初始化的算法模块对象实例化：创建算法模块类实例化对象，同时调用增加函数将该算法模块及其对外接口信息添加到模块映射表中；功能构建提供绑核功能，用户配置算法模块是否需要绑定物理核，在算法模块对象实例化时分配物理核进行绑定，从而可以提高算法并行处理能力。
进一步的，功能重构模块采用观察者模式设计，功能重构模块作为具体主题，各算法模块作为具体观察者，首先在功能重构模块内部将映射转换为观察者的查找表，当收到系统重构命令时，对查找表进行遍历，匹配需要重构的功能模块，通过调用通告函数通知各需要重构的算法模块进行更新，而算法模块更新的主要内容就是对外接口信息的变更。
本发明通过功能构建和功能重构模块，调用信号处理算法模块，配置或设计完成信号处理任务，可快速实现雷达信号处理的功能增加、删除、任务重组、任务迁移、功能伸缩及系统重构等功能，同时可以升级信号处理功能，从而降低研制成本，提高开发效率。
附图说明
图1雷达信号处理功能软件框架组成框图。
图2功能构建模块流程图。
图3功能重构模块流程图。
图4功能软件框架运行流程图。
具体实施方式
本发明提出的一种基于国产CPU的雷达信号处理功能重构方法，该方法设计的信号处理功能软件框架是雷达信号处理实现多功能的关键和核心，也是系统控制的枢纽，其通过创建一个不绑定处理核的线程运行于各CPU处理节点上，通过准确及时的任务分配机制将系统的设计需求合理而有序的下发至相关功能模块。
功能框架主要由命令解析、功能构建、功能重构等模块组成，如图1所示。
(1)命令解析
当网络线程接收到功能设计分配软件的命令报文后，对通信命令类型进行判断，通过命令解析模块对命令进行解析，对不同的命令进行对应的处理。
1)问询命令，则对映射(Map)进行迭代提取对外接口及状态信息中的心跳应答信息，从而设置心跳应答报文，并通知通信线程发送心跳应答报文；
2)重构命令，则通过将重构报文中的功能信息与映射(Map)中的键(Key)逐个匹配比较，若键(Key)相同且当报文中的当前功能类型的设计重构类型字段不是设计初始化状态，若该字段标识为新增功能，则在映射(Map)的尾节点添加一对新的键值(Key-Value)，若为重构字段，则将当前键(Key)对应功能信息加入更新通知队列，待与映射(Map)的匹配比较结束后，遍历更新通知队列，通知各功能组件更新对外接口信息。
(2)功能构建
功能构建主要完成本地配置方式下国产CPU处理节点的算法模块的组建。在雷达信号处理领域，根据系统的要求不同，信号处理的算法模块数、算法模块之间的组合方式也不同，因此需要设计一个将雷达系统的变与不变分离开的可重用软件模块。设计模式中的组合模式可以很好的解决这类问题，组合模式是设计模式中的结构型模式，结构型模式关注类和对象的组合。多核CPU计算节点的任务分配模块在初始化时，已经定义所有信号处理算法模块未实例化的指针，任务构建模块收到初始化构建命令时对报文进行解析，将需初始化的算法模块对象实例化：新建(new)，同时调用增加(Add)函数将该算法模块及其对外接口信息pushback到映射(Map)中。功能构建模块工作流程如图2所示。功能构建提供绑核功能，用户配置算法模块是否需要绑定物理核，在算法模块对象实例化时分配物理核进行绑定，从而可以提高模块间并行处理能力。
(3)功能重构
功能重构模块主要完成系统功能增加、删除、任务重组、任务迁移、功能伸缩及系统重构等功能，重构模块是系统高可用性的保障。采用观察者模式设计重构模块，功能重构模块就是扮演具体主题的角色，而各算法模块就是具体观察者，首先在功能重构模块内部将映射(Map)转换观察者的查找表(List)，当其收到系统重构命令时，对查找表(List)进行遍历发现主题的变化需要重构的组件模块，通过调用通告(Notify)函数通知各需要重构的算法模块进行更新(Update)，而算法模块更新(Update)的主要内容就是对外接口信息的变更。功能重构模块工作流程如图3所示。
信号处理软件框架运行原理如图4所示，具体如下：
步骤1：对软件进行初始化，通过读取配置信息的网络配置信息，开启网络通信线程；
步骤2：读取板载的配置文件，板载配置文件主要包括，节点初始化选择(自动加载本地配置文件设定的默认模式)，节点的属性，节点的功能类型，节点的物理位置信息，节点资源配置、通信配置等信息；
步骤3：功能模块信息的注册，根据配置文件对使用的算法组件完成初始化，然后向功能构建模块登记注册其算法模块的功能信息和对外接口及状态信息，也即是完成<功能信息，对外接口状态信息>键值对的初始化；
步骤4：信号处理功能构建，根据初始化的键值对，调用功能构建模块，运行配置好的信号处理功能；
步骤5：若接收到上层软件重构命令，调用功能重构模块，实现信号处理功能的伸缩；
步骤6：若接收到上层问询命令，回复心跳报文；
步骤7：若接收到设计命令，停止原信号处理功能，重复步骤3、步骤4。
Claims (2)
1.一种基于国产CPU的雷达信号处理功能重构方法，其特征在于：设计基于国产CPU的雷达信号处理软件框架，所述框架运行于各CPU处理节点，通过任务功能分配机制将系统的设计需求下发至相关算法模块，软件框架包括命令解析模块、功能构建模块和功能重构模块；其中所述命令解析模块接收上层软件的设计命令，由功能构建模块构建功能算法模块映射表，完成本地算法模块的功能和流程组建，由功能重构模块完成功能的重构；功能算法模块映射表，记录功能算法模块的基本信息和对外接口信息，所述功能构建模块根据配置文件或接收命令将需初始化的算法模块对象实例化：创建算法模块类实例化对象，同时调用增加函数将该算法模块及其对外接口信息添加到模块映射表中，根据<对外接口状态信息>键值对调用功能构建模块，同时提供绑核功能，用户配置算法模块是否需要绑定物理核，在算法模块对象实例化时分配物理核进行绑定；所述功能重构模块在功能重构模块内部将映射转换为观察者的查找表，当收到系统重构命令时，对查找表进行遍历，匹配需要重构的功能模块，通过调用通告函数通知各需要重构的算法模块进行算法对外接口信息变更，从而完成系统功能，包括增加功能、删除功能、任务重功能、任务迁移功能、功能伸缩及系统重构功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU的雷达信号处理功能重构方法，其特征在于：所述命令解析模块的网络线程接收到功能设计分配软件的命令报文后，对通信命令类型进行判断，解析上层的问询、控制命令报文，将解析的结果通知相应的模块，对不同的命令进行对应的处理。
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