基于DSP在捷聯(lián)慣性制導(dǎo)技術(shù)中的應(yīng)用

系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)模塊電路一般由狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)恢復(fù)和計(jì)算機(jī)電路組成。本模塊電路示意圖見圖3所示。該模塊是全系統(tǒng)的核心，而C32 DSP更是核心中的核心。因此，有必要對(duì)其進(jìn)行專門的監(jiān)控，以保證其正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)時(shí)可通過狀態(tài)監(jiān)控電路來對(duì)C32 DSP和電源進(jìn)行監(jiān)控，以防因偶然情況出現(xiàn)死循環(huán)、程序偏離預(yù)定流程而導(dǎo)致系統(tǒng)失效。

慣性制導(dǎo)系統(tǒng)是歷史信息敏感型系統(tǒng)，如果系統(tǒng)因故重啟后沒有歷史信息，其后的導(dǎo)航計(jì)算就沒什么意義。所以有必要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的一些重要信息進(jìn)行保存，以便重啟后能迅速接替以前的工作。為此，本系統(tǒng)采用了兩條措施：第一是使用高速自動(dòng)存儲(chǔ)E2PROM對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)備份；第二是使用一個(gè)具有備份電源的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片來記錄從上一次導(dǎo)航數(shù)據(jù)保存時(shí)刻到重啟后讀取導(dǎo)航歷史信息之間的時(shí)間長(zhǎng)度。該實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片在主電源掉電后能利用備份電源提供幾十秒的電能。系統(tǒng)恢復(fù)電路就由上述兩個(gè)芯片構(gòu)成。

計(jì)算機(jī)電路是本模塊的核心電路，它由C32 DSP、SRAM、FLASHROM和CPLD構(gòu)成。為提高性能，該電路采用32位數(shù)據(jù)總線和24位地址總線。同時(shí)，由于C32被設(shè)置成了微機(jī)工作模式，因而具有自主引導(dǎo)功能。系統(tǒng)程序固化在FLASHROM中，SRAM則用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。將CPLD作為C32和外圍芯片的接口可實(shí)現(xiàn)很多邏輯電路功能。外圍芯片與C32的連接需要有一個(gè)唯一的I／O地址，因此在CPLD中設(shè)計(jì)的I／O地址分配電路可為每個(gè)外圍芯片分配一個(gè)I／O地址。另外，C32本身的外部中斷源只有四級(jí)（個(gè)），而系統(tǒng)中需要通過中斷來執(zhí)行的程序又不止四個(gè)，故采用中斷和查詢相結(jié)合的辦法來解決這個(gè)問題。由于同一級(jí)中斷中包括好幾個(gè)中斷源，這樣，在該級(jí)中斷響應(yīng)時(shí)再對(duì)具體的中斷源進(jìn)行查詢即可確定需要具體響應(yīng)哪個(gè)中斷源。因此，在CPLD中設(shè)計(jì)了中斷分配電路。對(duì)于啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)間都很嚴(yán)格的中斷源來說，可由各種頻率的時(shí)鐘信號(hào)來對(duì)其進(jìn)行觸發(fā)。所以，CPLD中還設(shè)計(jì)了時(shí)鐘分頻電路，即用系統(tǒng)的精確時(shí)鐘來分頻以產(chǎn)生所需的各種頻率時(shí)鐘。

對(duì)于I／O地址分配電路、中斷分配電路和時(shí)鐘分頻電路，如果用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件（74系列或54系列）來實(shí)現(xiàn)，將需要很多芯片，這樣一方面將使電路部分的體積和功耗增加；另一方面也會(huì)使電路的規(guī)模擴(kuò)大、復(fù)雜性增加、可靠性下降。因此，這三個(gè)電路可用CPLD（復(fù)雜可編程器件）來實(shí)現(xiàn)。為了充分利用CPLD 的靈活性，系統(tǒng)中其它的一些邏輯電路也被放到這里。這樣，在一片170mm×170mm的小芯片
中就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的大量邏輯功能。

3．3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

導(dǎo)航、制導(dǎo)計(jì)算都屬于實(shí)時(shí)計(jì)算。要實(shí)現(xiàn)這一要求，軟件就必須結(jié)合硬件來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮硬件的功能。本設(shè)計(jì)充分利用了系統(tǒng)的中斷功能，并以中斷為主來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，以使系統(tǒng)中各個(gè)部分的具體功能都可通過中斷程序來實(shí)現(xiàn)。其系統(tǒng)工作過程如下：

加電開機(jī)→FLASH中的程序調(diào)入內(nèi)存→系統(tǒng)初始化、自檢→導(dǎo)航信息恢復(fù)→安裝中斷程序→打開中斷→待機(jī)。

該系統(tǒng)的軟件包括主程序、子程序和各中斷響應(yīng)程序等部分。

其中主程序是系統(tǒng)程序的框架，重要的初始化參數(shù)主要在主程序中定義，主程序通過調(diào)用子程序來完成系統(tǒng)初始化、自檢、導(dǎo)航信息恢復(fù)、系統(tǒng)配置、中斷程序配置等功能。其中，系統(tǒng)自檢程序主要檢測(cè)CPU、SRAM以及各接口芯片的工作是否正常。引導(dǎo)程序主要根據(jù)系統(tǒng)硬件中存儲(chǔ)的狀態(tài)信息來確定導(dǎo)航計(jì)算的起點(diǎn)。主要狀態(tài)信息有：系統(tǒng)是加電開機(jī)還是死機(jī)后重新啟動(dòng)，以及上一次保存數(shù)據(jù)與當(dāng)前的時(shí)間間隔等。根據(jù)系統(tǒng)硬件中保存的狀態(tài)信息和非易失存儲(chǔ)器中保存的導(dǎo)航信息可確定當(dāng)前導(dǎo)航計(jì)算的基準(zhǔn)點(diǎn)。系統(tǒng)主程序流程如圖4所示。

子程序主要用來完成一些特定的功能，包括導(dǎo)航子程序、控制子程序、通訊子程序和卡爾曼濾波子程序等。

中斷程序由硬件中斷觸發(fā)，除完成現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和硬件信息處理外，還可根據(jù)需要調(diào)用導(dǎo)航子程序、控制子程序、通訊子程序、狀態(tài)監(jiān)控子程序、卡爾曼濾波程序等，同時(shí)在處理完成后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并向主程序返回?cái)?shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

捷聯(lián)慣性制導(dǎo)是一種很有應(yīng)用價(jià)值的慣性制導(dǎo)方法，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)將迅速應(yīng)用于各種戰(zhàn)術(shù)武器中。本文并不企圖在理論上進(jìn)行創(chuàng)新，而是在技術(shù)上謀求好的實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)證明：用DSP芯片對(duì)慣性器件的信息進(jìn)行處理，并用可編程器件進(jìn)行邏輯電路的實(shí)現(xiàn)，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的運(yùn)算性能以及可靠性和靈活性。