Download Un dispositivo desarrollado por Texas Instrument sobre punto fijo es

TRABAJO DE
MICROPROCESADORES
PARA
COMUNICACIONES
RADAR DE DETECCIÓN
Autor: Efrén Pérez Quintana
Fecha: 09 de enero de 2009
Índice:
 Introducción
 Vigilancia fronteriza
 Seguridad marítima de alta mar
 Radar de vigilancia del espacio aéreo
 PC-RPTM (Procesador de radar basado en entorno PC)
 Rastreador de sistema de radar
 Consola del operador RDOP
 Administrador de cámara
 Sistemas de radares HRR (Indra)
 Esquema general del Sistema
 DSP Usados para defensa.
 Bibliografía
Introducción:
España, desde mediados de los ochenta se ha convertido en un
destino importante y país de tránsito para emigrantes del Tercer Mundo,
especialmente de África y Latinoamérica. La situación empezó a tornarse
crítica a mediados del año 2005, cuando oleadas de africanos subsaharianos
comenzaron a saltar las vallas que separan a Ceuta y Melilla. En respuesta, el
gobierno español duplicó la altura de las barreras e instaló un equipo de
monitoreo de alta tecnología para crear sistemas electrónicos de vigilancia
fronteriza, además se instalaron sistemas de detección por radar.
Acto seguido los inmigrantes y las mafias que los ayudaban
trasladaron sus esfuerzos en cruzar el Océano Atlántico, siendo las Islas
Canarias el nuevo destino. Lo cual ha obligado al gobierno español, a
desarrollar nuevos sistemas de detección de embarcaciones para poder
detectar a los intrusos que intentan cruzar el largo trecho entre las costas
de Marruecos, Mauritania o Senegal con las costas de las islas canarias.
Dentro de estos nuevos sistemas también se encuentran sistemas radar de
vigilancia de las costas marítimas.
Esto es sólo uno de los muchos motivos que mueve al gobierno a
desarrollar e instalar numerosos sistemas de radar para poder controlar el
país, veremos que habrá radares para el tráfico de buques, espacio aéreo,
control de fronteras…, aunque actualmente se pueden encontrar infinidad
de usos que los estados pueden hacer de tan sofisticada tecnología.
En el trabajo que comienza a continuación no se muestran
exactamente los sistemas que usa el estado Español, pero si sistemas
semejantes que nos darán una idea de cómo se usan, cómo funcionan y de
que están compuestos.
Vigilancia fronteriza.
Los procesadores de radar basados en entorno PC (PC-RP) de SSR
pueden instalarse en ubicaciones remotas no asistidas por personal que
trasmiten información de radar por medio de enlaces de redes inalámbricas
estándar hacia centros de comando para su visualización y análisis.
También se puede utilizar un camión, una camioneta o un vehículo
deportivo utilitario para proporcionar un rápido despliegue de Plataformas
de radar móvil utilizadas para operaciones especiales de acciones
prohibitivas antidrogas o para vigilancia temporaria costera. En la
actualidad, la Armada de los Estados Unidos de América y demás
Departamentos de Seguridad Interior utilizan procesadores de radar y
sistemas de visualización de SSR Engineering para tal fin.
Seguridad marítima de alta mar.
Los sistemas de radares SSR se pueden utilizar para detectar e
identificar buques que ingresan a zonas reguladas no autorizadas alrededor
de plataformas de petróleo y gas de altamar a fin de evitar ataques
terroristas, vandalismo, robo y colisiones accidentales. Un sistema
independiente puede proveer detección y alarmas automáticas a
plataformas con personal. Pueden asociarse diversas plataformas con el
objeto de proporcionar una red de alertas integrada por la cual se envía
información a los centros de seguridad con base en la costa.
Las plataformas de altamar también pueden proporcionar sitios para
sensores de radar remotos con el objeto de ampliar el alcance de los
sistemas de vigilancia costeros, proteger el hábitat pesquero e identificar
buques que ingresan a las zonas de exclusión económicas.
Radar de vigilancia del espacio aéreo.
El Procesador de radar basado en entorno PC (PC-RP™) de SSR
cuenta con la funcionalidad de permitir interfaces con radares de
identificación de amigo o enemigo (IFF) y de automatizar muchas de las
tareas redundantes efectuadas por el operador.
El PC-RP cuenta con la funcionalidad de decodificar y rastrear en
forma automática toda la información disponible en modo Tag de
identificación de amigo o enemigo (IFF), incluyendo la identificación, la
altitud y la velocidad de la aeronave. En modo IFF, un PC-RP decodifica
automáticamente la información en modo Tag de IFF y un RDOP en la misma
red despliega los códigos de transponedor ("Squawk Codes"). Esto
representa una gran mejora respecto de otros sistemas manuales
existentes IFF, que requieren de una participación considerable del
operador a fin de seleccionar y rastrear en forma manual las aeronaves de
su interés.
PC-RPTM.
El procesador de radar basado en entorno PC (PC-RP) de SSR
Engineering es un procesador de radar de alto desempeño y con posibilidad
de funcionamiento en entorno de red que aumenta las funcionalidades del
sistema de transceptores de radar convencional / sistemas de visualización
con funcionalidades de procesamiento de señales de radar avanzadas,
rastreo y visualización. Cada PC-RP cuenta con una interface a un
transceptor de radar único y proporciona una interface de red TCP/IP de
alta velocidad. Un único PC-RP puede ser el centro de una estación de
rastreo de radar autónoma. Se pueden utilizar en red varios PC-RP con el
objeto de cubrir un área geográfica amplia y controlar otros dispositivos de
vigilancia y navegación compatibles en red, tales como los Sistemas de
Identificación Automáticos (AIS) y el Administrador de cámara.
El procesador da la posibilidad de ser manejado en una red de área
local estando conectado a una antena y a un terminal para ser controlado
por un usuario o en una estación de red distribuida, como estación de radar
remota o un centro de comando.
-
Funcionalidades principales
o Procesamiento de radar en tiempo real
o ARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada) avanzada con
o
o
o
o
o
o
o
o
-
capacidad de 500 rastreos.
Hardware comercial de fácil disponibilidad.
Interfaz gráfica de usuario (GUI) simple.
Control de señales parásitas/ganancias automáticas.
Interfaces con una amplia variedad de transceptores de radar (RT) y
sistemas externos.
Visualización remota en entorno de red.
Aplicaciones terrestres y abordo.
Aplicaciones de búsqueda aérea.
Funcionalidades de grabación y reproducción de información de radares.
Beneficios
o
o
o
o
o
rastreador de alto rendimiento.
Bajo costo.
Actualizable.
Fácil de utilizar.
Diseño flexible y escalable.
o Distribución de información de radar en entornos LAN/WAN incluidos los de
internet.
o Análisis de datos fuera de línea.
o Herramientas de análisis incorporadas.
Red de área local.
Red distribuida.
Rastreador del sistema de radar.
El rastreador de sistema de radar de SSR acepta información de
objetivos de radar provenientes de múltiples Procesadores de radar
basados en entorno PC (PC-RP) a fin de proporcionar rastreos compuestos
que fusionan información proveniente de todos los radares.
Al superponer la cobertura de radar en el mismo objetivo se mejora
la detección de señales débiles y se permite que un objetivo se pueda
rastrear ininterrumpidamente a medida que pasa de una zona de cobertura
de un radar a la siguiente. Si así se desea diversas unidades de Ubicación
del operador de visualización remota (RDOP) ubicadas en el centro de
comando pueden permitir que diversos operadores aumenten la visualización
sobre diferentes áreas de interés.
El uso de rastreadores de sistema de radar de SSR representa la
principal mejora respecto a los sistemas de visualización de radar
convencional, en los que los operadores deben ejecutar una tarea complicada
de rastreos que cruzan áreas de cobertura de radar. Esto no es necesario
con el rastreador de sistema de radar que mantiene un rastreo único basado
en información de objetivos de radar en crudo proveniente de todos los
radares.
Consola del operador RDOP.
La ubicación del operador de visualización remota (RDOP) por SSR
Engineering es un visualizador de radar y unidad de control para utilizar en
centros de comando de vigilancia de radar. Proporciona al operador una
manera de visualizar información de radar proveniente de unidades en red
de procesadores de radar basados en entorno PC (PC-RP's) con el objeto de
obtener una visualización combinada de la cobertura completa de los
radares y poder controlar los dispositivos en red. Los dispositivos ubicados
en la red pueden ser locales o remotos, incluyendo unidades PC-RP en
estaciones de radar remotas. La RDOP ofrece las mismas funcionalidades de
visualización y control en red que las unidades PC-RP. Se proporciona en
embalajes de gabinete de montaje en rack de 4 o 2 unidades. A diferencia
del PC-RP, la RDOP no incorpora un módulo de control del transceptor de
radar. Por lo tanto, es menos costoso que el PC-RP.
Administrador de cámara.
El administrador de cámara fabricado por SSR Engineering mejora
considerablemente la capacidad del operador para identificar y rastrear
barcos y botes que puedan estar ingresando en zonas de exclusión o estar
involucrados en actividades sospechosas. Las aplicaciones principales son
Sistema de tráfico de buques, Vigilancia de puertos, y Vigilancia costera.
El administrador de cámara es una unidad de control basada en entorno PC
con capacidad de aplicación en red la que se conecta por interfaces a el PCRP de SSR, por medio de una conexión de red TCP/IP. Un único
administrador de cámara puede controlar múltiples videocámaras de modo
que éstas se encuentren esclavizadas cada una de ellas a un radar
seleccionado.
Sistemas de radares HRR (Indra).
España usa entre sus radares de alta resolución aquellos
desarrollados por Indra. Los radares de alta resolución (HRR) se
caracterizan porque los blancos detectados son extensos, esto es, ocupan
más de una celda de resolución en distancia. La mayoría de las técnicas
tradicionales, de detección y extracción de datos, que se están aplicando a
los HRR realizan procesados unidimensionales. Las técnicas desarrolladas se
han probado con datos reales provenientes del radar ARIES, este es un
radar LFMCW (onda continua y frecuencia modulada lineal) marítimo de
superficie de alta resolución, desarrollado por Indra Sistemas S. A.
La tecnología desarrollada por Indra está siendo aplicada a los
sistemas de vigilancia y defensa electrónica del Buque LHD “Juan Carlos I”,
el buque de Aprovisionamiento de Combate “Cantabria” y la fragata F-105
Radar ARIES
Buque Cantabria
Fragata F-105
Buque Juan Carlos I
Esquema general del sistema.
Para sistemas radar tendremos que usar GPS integrado de
orientación para el procesamiento de imágenes y reconocimiento de la
trayectoria de blancos en tiempo real. Para ello se usan DSPs de alto
rendimiento, que en operaciones de coma flotante pueden llegar a un
rendimiento del 1GFLOPS (miles de millones de operaciones de coma
flotante por segundo) y DSP de punto fijo con rendimiento con rendimiento
de hasta 1600 MIPS (millones de instrucciones por segundo).
Un esquema general de un dispositivo radar y todo lo necesario para
recopilar la información, mostrarla al usuario y poder manejarla podría ser
el siguiente:
DSP Usados para defensa.
Para lograr hacer todo lo explicado anteriormente, lógicamente
tendremos que hacer uso de algún tipo de microprocesador, DSP o FPGA. Si
entramos en la página de Texas Instruments podemos encontrar un
apartado dedicado exclusivamente a DSP dedicados a la defensa. Damos por
supuesto que estos DSP no serán los más actuales en el mercado, pero
esperamos que no se alejen mucho a lo que nos podamos encontrar en un
sistema de defensa actual
Texas Instruments HiRel Defense & Aerospace fue creado para los
requerimientos del servicio especial de uso militar. Impulsado por el
desarrollo de algoritmos cada vez más sofisticadas y de alto rendimiento y
altamente integrados a la aplicación específica de procesadores, el
crecimiento de procesamiento de señales digitales (DSP) sigue siendo
explosiva. Texas Instruments es un líder reconocido en el ámbito de la DSP.
Texas Instrument abarca nueve generaciones de productos, con el SMJ320
familia de chips DSP rentables, ofrece soluciones militares para
aplicaciones de cálculo intensivo.
Continuando la tradición de proveer siempre lo más actual en
capacidad de procesamiento para militares, en 1998 se introducción el
C6201, y las versiones C6201B y C6701 fueron puestas en libertad en 1Q00.
El C6201B ofrece 1200 MIPS (millones de instrucciones por segundo) de
rendimiento de punto fijo. El C6701 admite hasta 1 GFLOPS (Miles de
millones de operaciones de punto flotante por segundo). En el tercer
trimestre de 2001, lanzamos el VC33 que ofrece hasta 150 MFLOPS
rendimiento. El C6203 fue puesto en libertad en 1Q02. Este DSP de punto
fijo tiene 1600 MIPS con un rendimiento de 200 MHz en todo el rango de
temperaturas posibles en el uso militar y ofrece 7M de bits en el chip de
SRAM. Continuando con nuestro compromiso con el mercado DSP, Texas
Instrument publicó el cerámico envasado C6415 que proporciona hasta
4.800 MIPS de rendimiento de procesamiento con una tasa de reloj de
600MHz. También ofrecemos un procesador gráfico militar, el 34020A.
En reconocimiento de la continua evolución de las demandas del
mercado militar, nuestros DSPs se ofrecen en una variedad de opciones de
procesamiento incluyendo MIL-PRF-38535 (QML clase Q), mejora de
productos, y QML Clase V para aplicaciones espaciales.
-
Procesador de punto fijo
Un dispositivo desarrollado por Texas Instrument sobre punto fijo es el
320C6201B Fixed-Point DSP.
Su rendimiento es de 1200MIPS millones de instrucciones por
Segundo) a 150MHz dentro de un rango de temperaturas comprendido
entre -55º y 115º. Teniendo disponible el chip como un cerámico de 27 x 27
mm.
Características:
-
Advanced VLIW CPU Core; (1.8V)
8 Highly Independent Functional Units:
o 6 ALUs (32- / 40-Bit); 2 16-Bit Multipliers (32-Bit Result)
Load-Store Architecture
o 32 32-Bit General Purpose Registers
All Instructions can be Conditional
3.3 V Peripherals on the Chip
1 M-Bit SRAM On Chip (1/2M Dual Access Data RAM, 1/2M Internal
Program RAM/Cache)
32-Bit External Memory Interface (EMIF), Glueless to SDRAM,
SBSRAM, SRAM, EPROM
4 Channel DMA, Bootloading Direct Memory Access Controller with
an Auxiliary Channel
2 Multi-Channel Buffered Serial Ports (McBSPs)
2 32-Bit General Purpose Timers
16-Bit Flexible Host Port Interface (HPI)
IEEE-1149.1 (JTAG) Boundary Scan Compatible
- Procesador de punto flotante
Un dispositivo desarrollado por Texas Instrument sobre punto
flotante es el 320C6701.
Este DSP está siendo utilizado en diverso tipo de aplicaciones entre
otras como:
-
Misiles
Radar/Sonar
Comunicación de datos
Sistemas de imagen
Navegación(GPS)
Espacio
Su rendimiento está en torno a los 840 MFOPS (Millones de
Operaciones de punto flotante) a 140MHz con un rango de temperatura
entre -55º y 125ºC, llegando a los 1120 MIPS. Hay que destacar su consumo,
de 1.6W nominales a los 140MHz.
Su tecnología está basada en 0.18 micron TimelineTM, CMOS y usará
3.3V en I/O y 1.9V en core.
Características del 320VC33:
-
-
High-Performance Floating-Point Digital Signal Processor (DSP):
o SMJ320VC33HFGM150
o SM320VC33GNMM150
o 13-ns Instruction Cycle Time
o 150 MFLOPS, 75 MIPS
32-Bit High-Performance CPU
16/32-Bit Integer and 32/40-Bit Floating-Point Operations
-
-
Four Precoded Page Strobes to Simplify Interface to I/O and
Memory Devices
32-Bit Instruction Word, 24-Bit Addresses
Two 1K x 32-Bit Single-Cycle Dual-Access On-Chip RAM Blocks
Two 16K x 32-Bit Single-Cycle Dual-Access On-Chip RAM Blocks
Total of 1.1-Mbit On-Chip SRAM
Boot-Program Loader
x(TBD) PLL Clock Generator
On-Chip Memory-Mapped Peripherals:
o One Serial Port
o Two 32-Bit Timers
o One-Channel Direct Memory Access (DMA) Coprocessor for
Concurrent I/O and CPU Operation
Eight Extended-Precision Registers
Two Address Generators With Eight Auxiliary Registers and Two
Auxiliary Register Arithmetic Units (ARAUs)
Two Low-Power Modes
Two- and Three-Operand Instructions
Parallel Arithmetic/Logic Unit (ALU) and Multiplier Execution in a
Single Cycle
Block-Repeat Capability
Zero-Overhead Loops With Single-Cycle Branches
Conditional Calls and Returns
Interlocked Instructions for Multiprocessing Support
Bus-Control Registers Configure Strobe-Control Wait-State
Generation
- Procesador Multimedia de Video
El SMJ320C80 es un multi-procesador DSP. Integra en un solo
circuito integrado cinco más potentes, con procesadores totalmente
programables, un sofisticado DMA (acceso directo a memoria) con un
controlador de memoria DRAM, SRAM, y la interfaz de memoria VRAM
externa, 50 K bytes de SRAM. De los 50 K bytes de SRAM, 32K bytes son
compartidos entre los cinco procesadores de apoyo. Esta combinación única
de hardware facilita el procesamiento de una amplia gama de multimedia y
otras aplicaciones que requieren una gran cantidad de procesamiento.
Cuatro de los cinco procesadores son idénticos, los procesadores de
señal digital avanzada (ADSPs) destinados a hardware para multiplicar el
apoyo intensivo de procesamiento de señales, algo manpulación de píxel, y un
poco de operaciones. Cada uno de los ADSPs es capaz de realizar múltiples
RISC (reducido conjunto de instrucciones de ordenador) para las
operaciones en un solo ciclo. El quinto procesador, el capitán del procesador,
es uno de 32-bit RISC CPU que incluye un alto rendimiento, IEEE-754compatible con unidad de punto flotante. Usted puede programar los cinco
procesadores en C y lenguaje ensamblador.
Además de los procesadores completamente programables, la
transferencia de control (TC) es un controlador DMA inteligente que
gestiona toda la memoria del tráfico. El TC realiza transferencias de
paquetes de datos entre los que se mueven en y fuera del chip de memoria.
Estos incluyen transferencias de paquetes de instrucción y el servicio de
caché de datos, así como complejas matrices de bytes programables que
pueden incluir transferencias X / Y o lineal para hacer frente a la fuente o
el destino de la matriz.
El C80 es capaz de realizar el equivalente de más de dos mil millonesRISC en operaciones por segundo. En algunas aplicaciones, un único C80
puede hacer el trabajo de más de diez de los más poderosos procesadores
de propósito general o DSPs disponibles. Durante cada segundo de
procesamiento, se pueden mover 2,4 gigabytes de datos y 1,8 gigabytes de
instrucciones dentro del chip, además de 400 Mbytes de datos fuera de
chips de memoria.
Características:
-
-
-
Over two billion RISC-like operations per second
Four 32-bit advanced DSPs in a multiple-instruction, multipledata(MIMD) configuration
A 32-bit RISC(reduced instruction set computer) master
processor with an integrated IEEE-754 floating-point unit;
optimized for programming in C
Byte-addressable machine with big-endian and little-endian byte
ordering support
50K bytes of on-chip SRAM
On-chip crossbar that allows five instruction fetches and ten
parallel data accesses per cycle
64-bit transfer controller capable of up to 400 Mbytes/s on- and
off-chip memory transfers
o Dynamic bus sizing for 64, 32, 16, or 8 bits
o Access to 64-bit VRAM/DRAM/SRAM memory
o 4-Gbyte memory address space
A video controller that contains dual frame timers for
simultaneous image capture and display
Four external interrupts, edge- and level-triggered
Built-in emulation features accessed via an IEEE 1149.1 test port
Full-scan design (plus boundary scan), accessed via an IEEE 1149.1
test port
3.3-volt processor
TI EPIC 0.5-um CMOS technology
Approximately 4 million transistors
Bibliografía.
 http://www.ssreng.com
 http://biblioteca.universia.net
 http://www.eleconomista.es
 http://www.indra.es
 http://focus.ti.com