基于DSP和FPGA的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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光纖陀螺的脈沖信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)入計(jì)數(shù)器模塊。計(jì)數(shù)器模塊由5片定時(shí)器芯片8254實(shí)現(xiàn)14路16位計(jì)數(shù)器。5片芯片共用I／O地址空間，使能端長(zhǎng)有效，輸入時(shí)鐘通過二選一電路來選擇輸入信號(hào)。6路脈沖信號(hào)工作，同時(shí)計(jì)數(shù)，確保光纖陀螺輸入?yún)?shù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)和光纖陀螺之間在FPGA中以VHDL代碼形式描述。
GPOXP=DRP AND (NOT GPOX) AND C(0)；
GPOXN=DRP AND (NOT GPOX) AND C(1)；
GPOYP=DRP AND (NOT GPOY) AND C(2)；
GPOYN=DRP AND (NOT GPOY) AND C(3)；
GPOZP=DRP AND (NOT GPOZ) AND C(4)；
GPOZN=DRP AND (NOT GPOZ) AND C(5)；
其中，GPOX，GPOY，GPOZ分別為8254芯片3個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)；GPOXP，GPOXN，GPOYP，GPOYN，GPOZP，GPOZN分別經(jīng)過5406反相輸出后，依次對(duì)應(yīng)CTRLGX+，CTRLGX-，CTRLGY+，CTRLGY-，CTRLGZ+，CTRLGZ-信號(hào)。
陀螺脈沖、加表脈沖和抖頻脈沖是外部傳感器的輸入信號(hào)，是導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的“眼睛”，計(jì)數(shù)要求最大計(jì)數(shù)頻率為1MHz，計(jì)數(shù)精度為±1，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)依靠解析這些信號(hào)進(jìn)行定位，各導(dǎo)航系統(tǒng)的信息通信是否通暢、精確直接影響導(dǎo)航系統(tǒng)的性能，因此對(duì)這些信號(hào)的處理及可靠性要求非常高。如果這些電路出現(xiàn)故障，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)則幾乎無法使用；如果處理器采集的數(shù)據(jù)誤差大，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的定位將不夠準(zhǔn)確，因此該部分電路是導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。針對(duì)這部分關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)了專用測(cè)試電路。在系統(tǒng)加電初始化完成后，通過軟件控制，硬件將輸出標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)切換到傳感器脈沖信號(hào)的輸入端，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，觀察測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是否滿足系統(tǒng)要求，實(shí)現(xiàn)了功能電路的自測(cè)試。
光纖陀螺的參數(shù)通過RS 422接口傳遞給處理器解算。RS 422電路由一片8252實(shí)現(xiàn)一路串行接口，通過MAX488芯片實(shí)現(xiàn)RS 422接口的轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)最高1 Mb／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信，數(shù)據(jù)信號(hào)采用全雙工差分方式實(shí)現(xiàn)，信號(hào)的方式與接收在同一時(shí)刻進(jìn)行而互不干擾，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
ARINC429數(shù)據(jù)總線是為航空電子系統(tǒng)通信規(guī)定的航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它為系統(tǒng)互聯(lián)提供統(tǒng)一平臺(tái)，擔(dān)負(fù)著交聯(lián)各個(gè)電子設(shè)備的重要責(zé)任。RS 429電路選用Harris公司的HSI3182和HSI3282，實(shí)現(xiàn)ARINC429數(shù)據(jù)接口的擴(kuò)展，接收和發(fā)送中斷均連接至系統(tǒng)中斷控制器。傳輸?shù)奈凰俾蕿?00 Kb／s，保障了各系統(tǒng)間的數(shù)字信息快速而可靠的傳輸。
導(dǎo)航計(jì)算機(jī)與上位機(jī)之間以RS 232串口形式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，完成軟件調(diào)試和串行通信(包括初始化參數(shù)的裝載、導(dǎo)航功能的選擇和導(dǎo)航功能的輸出)。DSP芯片通過擴(kuò)展異步串行接口，形成兩路UART實(shí)現(xiàn)異步全雙工串口通信，傳輸速率可達(dá)1．5 Mb／s。TTL電平和RS 232電平轉(zhuǎn)換通過MAX232芯片實(shí)現(xiàn)。
3 導(dǎo)航計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)
導(dǎo)航計(jì)算機(jī)軟件采用DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS實(shí)現(xiàn)。CCS是TI公司推出的DSP開發(fā)環(huán)境，集成Sireulator和Emulator仿真器驅(qū)動(dòng)程序。它包含每個(gè)TI器件的編譯器、源代碼編輯器、項(xiàng)目開發(fā)環(huán)境、調(diào)試器及許多其他功能，與C語言有良好的數(shù)據(jù)交互接口。CCS提供的單用戶界面能使用戶完成應(yīng)用程序開發(fā)例程的每一步。CCS主要包括：CCS代碼生成工具；CCS集成開發(fā)環(huán)境；DSP／BIOS插件程序和API；RTDX插件、主機(jī)接口和API。
組合導(dǎo)航的軟件算法解算過程通常采用卡爾曼濾波器實(shí)現(xiàn)，通過反復(fù)迭代實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)的功能分為4部分：系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集任務(wù)、捷聯(lián)導(dǎo)航結(jié)算任務(wù)和命令參數(shù)發(fā)送任務(wù)。DSP上電復(fù)位后進(jìn)行系統(tǒng)初始化工作，配置各寄存器和內(nèi)部資源的狀態(tài)為確定的初始狀態(tài)。如果監(jiān)測(cè)到中斷控制器的中斷信號(hào)，首先讀取RS 422和RS 429接口電路的數(shù)據(jù)，進(jìn)行航向輔助的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)解算。A／D轉(zhuǎn)化結(jié)束產(chǎn)生中斷，DSP從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀取到轉(zhuǎn)換結(jié)果，得到飛行參數(shù)信息，并且將此時(shí)所有傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，實(shí)現(xiàn)一次卡爾曼濾波。將得到的數(shù)據(jù)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)的運(yùn)算進(jìn)行誤差修正，得到系統(tǒng)最優(yōu)的導(dǎo)航信息，通過串行口輸出給上位計(jì)算機(jī)顯示并對(duì)飛行器進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
軟件成功執(zhí)行了捷聯(lián)算法，各個(gè)功能函數(shù)執(zhí)行正確，并且導(dǎo)航結(jié)果有較好的精度。在系統(tǒng)加電后，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的引導(dǎo)程序首先讀取系統(tǒng)狀態(tài)信息。調(diào)試模式下可通過宿主機(jī)的開發(fā)調(diào)試工具CCS進(jìn)行應(yīng)用程序的編輯、編譯、加載和調(diào)試，調(diào)試通過后使用編程工具將應(yīng)用程序固化到系統(tǒng)FLASH中，從而提高了導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的開發(fā)調(diào)試能力。軟件的執(zhí)行流程圖如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/149492.htm
4 結(jié)語
激光捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種自主式導(dǎo)航基準(zhǔn)系統(tǒng)，它成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，廣泛應(yīng)用在飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、艦船、衛(wèi)星等設(shè)備中。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)達(dá)到要求，導(dǎo)航精度符合設(shè)計(jì)要求。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)展，預(yù)留有串行口等擴(kuò)展接口，可方便接入GPS接收機(jī)等外部導(dǎo)航設(shè)備，方便形成組合型導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)小型化的研究和推廣具有積極的意義。
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