一種GPS定位替代系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)

5 替代系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA 的核心部分是邏輯單元陣列(LCA -LogicCell Array)；LCA 的主體部分是由相同的可編程邏輯模塊(CLB) 構(gòu)成的矩陣，每個LCA 含有可編程的組合邏輯和寄存器，LCA通過內(nèi)部的可編程布線通道的內(nèi)部互連網(wǎng)絡(luò)，把邏輯晶體管按設(shè)計要求連接在一起以綜合陣列中的邏輯功能。這些功能和互連是由存儲在單片存儲器(EEPROM)中的可配置程序控制。LCA 的配置文件由這些存儲器自動裝入或由微處理器將其作芯片初始化的一部分進(jìn)行初始定義。FPGA 芯片邏輯功能的配置基于內(nèi)部陣列分布的SRAM，即通過對分布的SRAM 的不同的加電配置來決定各個部分的邏輯定義。FPGA 由五部分組成：

1) 輸出塊(IOBs)：提供封裝腿與CLB 之間的接口它支持多種IO 接口信號標(biāo)準(zhǔn)；

2) 配置邏輯塊(CLBs)：提供構(gòu)造邏輯的功能元件；

3) 多個4K的專用塊RAM；

4) DLL：共4個位于片子四個角,用于時鐘分布延時補償和時鐘域控制；

5) 三態(tài)緩沖器,將驅(qū)動專用分段水平布線資源。

本設(shè)計主要包括輸入、輸出，子模塊黑盒子(Black Box)聲明，以及子模塊之間的連接關(guān)系，子模塊間的接口以及子模塊與頂層模塊的接口，設(shè)計所做的實驗是基于Quartus II，它是Altera前一代FPGA/CPLD集成開發(fā)環(huán)境 MAX+plusII 的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其界面友好，使用便捷。在Quartus II提供了一種與結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)計環(huán)境，使設(shè)計者能方便的進(jìn)行設(shè)計輸入、快速處理和器件編程。由于FPGA的原理、編程和使用方法已經(jīng)有大量的文章論述了，本文不在此進(jìn)一步解釋程序中的編程。從結(jié)構(gòu)上講，本設(shè)計的整個定位系統(tǒng)總共由3部分組成， 它們分別是：功能控制鍵輸入系統(tǒng)，3個無線電收音機(jī)報時接收器的并行輸入系統(tǒng)，計算部分和顯示部分。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。每一個地方發(fā)送過來的信號的頻率都是不一樣的，所以系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置不同的頻率接收不同的電臺報時。本設(shè)計中規(guī)定來自北京的接收信號1，來自上海的接收信號2，而來自武漢的接收信號3。在所需要的信號接受完后，經(jīng)過FPGA芯片系統(tǒng)對接收信號時間間隔的運算，可以計算出設(shè)備所在地的具體位置，這個位置在顯示部分顯示出來，按鍵的作用是控制輸入信號接受器和啟動計算并顯示。

6 結(jié)論

本文在分析目前使用的GPS定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，探討了通過接收不同城市廣播電臺的同時發(fā)出的報時信號，算出這三個地方距離定位設(shè)備所在地的距離，進(jìn)而確定本地的確切地理位置。設(shè)計了系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn),本系統(tǒng)可以作為廉價的汽車定位系統(tǒng)嵌入到汽車的FPGA或單片機(jī)控制系統(tǒng)中。

本文作者創(chuàng)新點:（1）接收系統(tǒng)只使用了3個收音機(jī)的接收部分外加一個FPGA位置計算模塊，技術(shù)含量要求低，造價便宜；（2）平時本系統(tǒng)可以和衛(wèi)星定位系統(tǒng)相互補充同時使用；當(dāng)衛(wèi)星受到干擾不能正常工作時（或戰(zhàn)時衛(wèi)星受到攻擊被摧毀時），本系統(tǒng)可以作為軍用的一種定位替代系統(tǒng)；（3）本系統(tǒng)理論和實驗研究如果能進(jìn)一步開發(fā)成為產(chǎn)品將擁有廣闊的市場。