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日志

【聊聊DSP】煮酒论英雄

热度 1已有 1297 次阅读2012-8-31 16:23

二十余年前初夏的一个夜晚,在一所高校的航空博物馆机库内,有两个即将毕业的大四学生正在“煮酒论英雄”,酒是一块二一瓶的汉斯,大热的天,不煮也是煮了,英雄嘛自然就是这所高校的主角——飞机,不消说,那两个大四学生中的一个就是我了。

    那一年的年初(1991年1月17日~2月28日),爆发了人类历史上第一次的高科技战争——海湾战争,也就是后来被称为“第一次海湾战争”的那次,战争双方投入了当时世界上能拿出来的几乎全部最新式的高科技武器。特别的,这次战争的主角是飞机,海湾战争联军方面以空中打击为主,地面战斗则一共进行了仅仅100个小时,军队人数处于绝对优势的伊拉克方面完败。

    既然要论飞机中的英雄,刚刚过去的海湾战争就是话题。

    “……  ……”
    “……  ……”
    “哎,知道TMS320么?”我同学突然问道。
    “德州仪器的DSP,咋了……”我有点诧异,随即带着赞赏的眼光看着我同学。

    我的这位同学是飞行器设计专业的,学习怎么设计飞机,属于机械类专业,而我是飞行器控制专业的,典型的电类专业,跟计算机、微处理器、微控制器什么的打交道。DSP这样的东西在当年可是十足的高科技,巴统(当时西方国家成立的一个对潜在对手国家评估贸易是否涉及国家安全的组织)对华禁售,我也是通过大量文献资料的阅读才知道有这么个东西但还没见过,当时国内知道DSP的人并不多,而我这位机械类专业的同学居然能说出具体型号,当然值得赞赏。

    “听说F15上装了两百多片TMS320!”
    ——好家伙!

    F15,绰号“鹰”,典型的第三代重型攻势制空战斗机,当时美国空军的主力机种之一,下图是F15系列中的空战型F15C,该机型在海湾战争中担任战区制空任务的主角,战斗中F15C击落过从米格21到米格23、米格25、米格29以及幻影F1等伊拉克空军战机,本身零战损。



    两百多片TMS320?!如果是在卡通片中,我的下巴要掉地上了,不过在那个年代,恐怕现在的年轻人很难想像,我当年能偶尔用到的计算机是8088CPU、256-512K内存的,我会用8031单片机做设计在学生中已经是十分少见的,连系里的教授、博士们都没有DSP资源可用,只知道那玩意儿快,比当年最快的CPU 80386还快,两百多片DSP,怪不得F15那么厉害,除了羡慕还是羡慕。
    “那你知道这两百多片DSP都用在哪儿?”我问。
    “这我就不知道了。”
    “我知道”,我说,“雷达上的信号处理机,肯定是。”

    现代化军用飞机的机载雷达很多,有对空、对地/海的火控雷达、侦察探测雷达、预警雷达、导航雷达、气象雷达等等,高性能雷达是现代军机不可或缺的最重要的装备之一,少了它或者机载雷达的性能明显不如敌方,那么超音速飞机不过是根会飞的棍子,而现代预警机干脆就是个飞行雷达站。

    下图为E3A预警机。



    雷达的数字化技术在1970s开始步入实用,数字雷达的核心部份就是信号处理机,这是DSP大显身手的地方。

    DSP技术起步于1960s,在1970s由多部件实现了部份功能,1982年TI在业界推出了第一款单芯片DSP:TMS32010,其首先面对的就是军用市场,加上其出色的性能,在很长时间内巴统都将DSP列入限制性出口名录。

    F15早期型号采用的是1973年研制的APG-63雷达,该雷达并不算出色,平均维修间隔时间还不到15小时,基本上每次出航回來都得进行维护。1985年,F15开始逐步换装新研制的APG-70雷达,该款雷达就是采用了DSP来做信号处理机,经过换装升级的F15C在海湾战争猎杀伊拉克飞机的战斗中令人印象深刻。

下图为F15的机载APG-70雷达。



    DSP技术的引入,使雷达性能大幅提升,廉价版的APG-63(V)1改型雷达的平均维修间隔时间延长了近十倍,合成孔径高分辨率技术等高新科技得以广泛应用,APG-63(V)2雷达可以探测到90公里以外的小型巡航导弹和隐身飞机,经优化升级后的F/A18G甚至在演习中“击落”了美国最新四代隐身主力战机F22。

    在机载雷达等升级换代之后,F15继续改进,又加入了头盔瞄准系统,这也离不开DSP,下图为F15的JHMCS头盔瞄准系统。



    得益于包括DSP在内的高新电子技术,现代战机的驾驶舱已实现了“全玻璃化”,没有了密密麻麻的仪表和开关,下图为F15E的驾驶舱。



    两百多片DSP,恐怕只是个传说,虽然现代飞机上会用到很多DSP,导弹等制导武器以及机载电台上也会用到,但实在难以想像会用这么多数量,只是会不会用到那么多在此并不重要,重要的是DSP的出现已经改变了世界。

    可喜的是,中国近年来的航空技术进步明显,DSP也早已不是当年的“神器”,愿意的话,甚至一个中学生就可以玩的起来。

下图为中国自主研发的歼十轻型战斗机,已列装。



    TI早期的DSP主要面向军用等高端市场,但TI的“野心”远不仅此,正如TI首席科学家Gene Frantz在一篇名为《DSP: 如何使TI的风险业务成为其最大业务(DSP: How TI\'s Risky Business Became It Biggest Business)》的文章中所指出的那样,TI将DSP技术拓展到公众生活的方方面面,从手机到数码相机,从汽车电子到流媒体产品,从电机控制器到宽带上网的Modem,每个人的身边或多或少总有DSP身影的出现,TI也因此成为全球DSP市场的主要供应者,市场占有率多年来稳居第一,而且,TI的DSP业务模式也早就不是单纯的出售芯片级DSP单片,通过组合芯片(Combo)、片上系统(Soc)以及专利授权和定制业务等,很多DSP已经隐身在许多半导体产品之后,对了,你能读到本篇文章,或许背后就有TI的DSP在默默出力。

    下图为本人设计的一款基于TI DSP的车辆指纹中控锁功能演示样板。



    炎炎夏日煮出的汉斯温啤酒已经喝完了,英雄还是要接着论,只是基于种种原因,虽然我们都热爱航空技术,但我和我的那个同在机库守夜的同学都没有选择航空业作为自己的职业方向,那个伴着一堆破旧老飞机的夜晚也许是我们除了乘坐民航飞机之外与飞机亲密接触的最后一个夜晚。借着酒兴,我爬上一架歼七,打开座舱盖坐上已积满尘土的飞行座,拉了拉已卡涩的操纵杆、踹了几下脚蹬,很快就要离校了,总得留下点什么纪念吧,可这几架破旧飞机已没什么值得拆卸的精致零件,或者个头太大、目标太明显而下手不便,抬眼看去,角落里一段残破的机翼映入眼帘,那是一段美国U2高空侦察机的外段机翼,1960s的某一天,台湾国军的某个飞行员驾驶着它在浙江或是江西的上空被击落,也许是歼七也许是红箭,U2总是战果就摆在我眼前,它也将是我的战果。我跳下歼七,随手从工具箱里抄出把钳子,招呼同学一起抬过U2的残翼搜寻,作为电子爱好者的我相中了一段导线,那应该是翼尖指示灯的供电线。剪下,切口光亮如新,至少二十多年了,又是被空中击落坠毁的,擦去灰尘,塑胶绝缘层竟然没有出现明显老化的痕迹,导线镀层更没有丝毫氧化,不得不佩服美国人的工艺,从小小的一段导线,只要你有心,你就会知道差距,所以一直以来,我从来不敢懈怠于学习,几乎每天如
此。中国的技术进步和伟大复兴必须且只能靠着一代又一代的青年坚持学习、不断进取,差距可以令弱者绝望,也可以令强者奋发。

    TI DSP大事记:

    1982年,推出业界首款单芯片DSP——TMS32010
    1986年,推出业界首款32位图形DSP
    1997年,推出具有1G FLOPS性能的TMS320C6x——业界首款VLIW DSP
    1998年,推出全球性能最高的浮点DSP——TMS320C6701
    2000年,TMS320C64x内核打破记录,成为世界上最快的DSP
    2004年,推出业界首款1GHz主频的高速DSP
    ……


    仅以此文纪念TI推出DSP三十周年以及我那虽已远去但犹如昨日的大学生活和同学友情。

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发表评论 评论 (1 个评论)

回复 216hjk 2013-12-30 14:17
好文!

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