基于NIOSⅡ的GPS信息接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)中，出于對(duì)系統(tǒng)功能的考慮，在μC／OS操作系統(tǒng)中設(shè)置這樣四個(gè)任務(wù)和一個(gè)按鍵中斷：串口接收GPS定位數(shù)據(jù)，GPS定位數(shù)據(jù)解碼，液晶顯示經(jīng)緯度和速度信息，液晶顯示航向、時(shí)間、日期和設(shè)計(jì)者信以及按鍵中斷。開(kāi)機(jī)首先GPS模塊初始化，初始化結(jié)束串口接收完第一幀完整的數(shù)據(jù)時(shí)，開(kāi)始對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼；當(dāng)解碼完成后，把解碼出的定位信息顯示在液晶顯示屏上并開(kāi)始接收下一幀定位數(shù)據(jù)；通過(guò)五向按鍵的上下?lián)軇?dòng)可以實(shí)現(xiàn)定位信息在液晶屏幕上的交替顯示。

4 系統(tǒng)測(cè)試
檢查完電路連接無(wú)誤后，首先在QuartusⅡ軟件中建立工程，然后在SoPC Builder中構(gòu)建好的NIOSⅡ處理器進(jìn)行編譯，編譯完成后回到QuartusⅡ界面，將編寫(xiě)好的對(duì)FPGA內(nèi)部電路邏輯進(jìn)行描述的Verilog語(yǔ)言程序?qū)懭氲焦こ汤?，?duì)其進(jìn)行編譯，結(jié)果如圖7所示。
從圖中可以看出該設(shè)計(jì)占用的FPGA內(nèi)部資源。然后將編譯生成的FPGA配置文件下載到FPGA片外的EPCS4芯片中，至此，F(xiàn)PGA配置完成，下面開(kāi)始對(duì)軟件程序的測(cè)試。本設(shè)計(jì)的軟件調(diào)試在NIOS IDE軟件環(huán)境下完成。首先，在NIOS IDE軟件環(huán)境下新建一個(gè)工程，在選擇工程模板時(shí)可以選擇Hello MicroC／OS-Ⅱ，這樣在工程建立之時(shí)，μC／OS操作系統(tǒng)就已經(jīng)被嵌入使用，接下來(lái)在NIOS IDE工程內(nèi)輸入用C語(yǔ)言編寫(xiě)的功能程序，對(duì)工程進(jìn)行編譯，驗(yàn)證程序的正確性。
在分別完成硬件電路和軟件程序測(cè)試的基礎(chǔ)上，將FPGA的硬件配置文件下載到電路中的片外EPCS4芯片中，將軟件程序下載到已經(jīng)構(gòu)建好的NIOSⅡ處理器中，然后進(jìn)行總體測(cè)試。
連接上GPS天線(xiàn)，程序下載完成并等待一段時(shí)間后，天線(xiàn)收到定位數(shù)據(jù)，系統(tǒng)開(kāi)始解碼并顯示定位信息，這時(shí)液晶屏上顯示第一屏定位信息，即經(jīng)緯度和速度信息，如圖8所示。此時(shí)，若按下五向按鍵的向下鍵，液晶顯示信息翻屏，顯示第二屏定位信息，包括航向、時(shí)間、
日期和設(shè)計(jì)者信息。

將五向按鍵分別向上和向下?lián)軇?dòng)，液晶屏顯示信息可以在第一屏和第二屏之間進(jìn)行切換?？梢?jiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確，能夠提供正確的實(shí)時(shí)位置和時(shí)間信息。

5 結(jié)語(yǔ)
本文基于GPS定位原理及FPCA設(shè)計(jì)了一種基于NIOS處理器的CPS信息接收系統(tǒng)，設(shè)計(jì)所用到的NlOSⅡ處理器專(zhuān)為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，μC／OS操作系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性，有助于提高定位信息的實(shí)時(shí)顯示，以保證其正確性。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想是首先將NIOSⅡ處理器嵌入到FPGA內(nèi)，F(xiàn)PGA內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)用Verilog硬件語(yǔ)言描述，然后把μC／OS操作系統(tǒng)移植到處理器內(nèi)部，通過(guò)C語(yǔ)言編程完成系統(tǒng)功能。經(jīng)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，本文所設(shè)計(jì)的硬件電路及C語(yǔ)言功能程序完全能夠達(dá)到要求，并且能夠?qū)崿F(xiàn)GPS信息接收與顯示的功能，實(shí)時(shí)地為使用者提供精確的經(jīng)緯度、速度、時(shí)間和航向等定位信息。