基于DSP和FPGA的導航計算機系統(tǒng)設計
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光纖陀螺的脈沖信號經(jīng)信號調(diào)理電路進入計數(shù)器模塊。計數(shù)器模塊由5片定時器芯片8254實現(xiàn)14路16位計數(shù)器。5片芯片共用I／O地址空間，使能端長有效，輸入時鐘通過二選一電路來選擇輸入信號。6路脈沖信號工作，同時計數(shù)，確保光纖陀螺輸入?yún)?shù)的準確性和實時性。脈沖信號計數(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個定時器／計數(shù)器輸出信號；GPOXP，GPOXN，GPOYP，GPOYN，GPOZP，GPOZN分別經(jīng)過5406反相輸出后，依次對應CTRLGX+，CTRLGX-，CTRLGY+，CTRLGY-，CTRLGZ+，CTRLGZ-信號。
陀螺脈沖、加表脈沖和抖頻脈沖是外部傳感器的輸入信號，是導航計算機的“眼睛”，計數(shù)要求最大計數(shù)頻率為1MHz，計數(shù)精度為±1，導航計算機依靠解析這些信號進行定位，各導航系統(tǒng)的信息通信是否通暢、精確直接影響導航系統(tǒng)的性能，因此對這些信號的處理及可靠性要求非常高。如果這些電路出現(xiàn)故障，導航計算機則幾乎無法使用；如果處理器采集的數(shù)據(jù)誤差大，導航計算機的定位將不夠準確，因此該部分電路是導航計算機的設計關鍵。針對這部分關鍵電路設計了專用測試電路。在系統(tǒng)加電初始化完成后，通過軟件控制，硬件將輸出標準的脈沖信號切換到傳感器脈沖信號的輸入端，然后進行數(shù)據(jù)采樣，觀察測試數(shù)據(jù)的準確性是否滿足系統(tǒng)要求，實現(xiàn)了功能電路的自測試。
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實現(xiàn)一路串行接口，通過MAX488芯片實現(xiàn)RS 422接口的轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)最高1 Mb／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。支持點對多的雙向通信，數(shù)據(jù)信號采用全雙工差分方式實現(xiàn)，信號的方式與接收在同一時刻進行而互不干擾，提高系統(tǒng)的響應速度。
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)標準，它為系統(tǒng)互聯(lián)提供統(tǒng)一平臺，擔負著交聯(lián)各個電子設備的重要責任。RS 429電路選用Harris公司的HSI3182和HSI3282，實現(xiàn)ARINC429數(shù)據(jù)接口的擴展，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。
導航計算機與上位機之間以RS 232串口形式進行數(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、導航功能的選擇和導航功能的輸出)。DSP芯片通過擴展異步串行接口，形成兩路UART實現(xiàn)異步全雙工串口通信，傳輸速率可達1．5 Mb／s。TTL電平和RS 232電平轉(zhuǎn)換通過MAX232芯片實現(xiàn)。
3 導航計算機軟件設計
導航計算機軟件采用DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS實現(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)動程序。它包含每個TI器件的編譯器、源代碼編輯器、項目開發(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、主機接口和API。
組合導航的軟件算法解算過程通常采用卡爾曼濾波器實現(xiàn)，通過反復迭代實現(xiàn)。軟件實現(xiàn)的功能分為4部分：系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集任務、捷聯(lián)導航結(jié)算任務和命令參數(shù)發(fā)送任務。DSP上電復位后進行系統(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)測到中斷控制器的中斷信號，首先讀取RS 422和RS 429接口電路的數(shù)據(jù)，進行航向輔助的慣導數(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，并且將此時所有傳感器的數(shù)據(jù)進行匯總分析，實現(xiàn)一次卡爾曼濾波。將得到的數(shù)據(jù)對捷聯(lián)慣導的運算進行誤差修正，得到系統(tǒng)最優(yōu)的導航信息，通過串行口輸出給上位計算機顯示并對飛行器進行適當?shù)恼{(diào)整。
軟件成功執(zhí)行了捷聯(lián)算法，各個功能函數(shù)執(zhí)行正確，并且導航結(jié)果有較好的精度。在系統(tǒng)加電后，導航計算機的引導程序首先讀取系統(tǒng)狀態(tài)信息。調(diào)試模式下可通過宿主機的開發(fā)調(diào)試工具CCS進行應用程序的編輯、編譯、加載和調(diào)試，調(diào)試通過后使用編程工具將應用程序固化到系統(tǒng)FLASH中，從而提高了導航計算機的開發(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://2s4d.com/article/149492.htm
4 結(jié)語
激光捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)是一種自主式導航基準系統(tǒng)，它成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，廣泛應用在飛機、導彈、火箭、艦船、衛(wèi)星等設備中。試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)的方案設計達到要求，導航精度符合設計要求。在硬件設計時充分考慮了系統(tǒng)的擴展，預留有串行口等擴展接口，可方便接入GPS接收機等外部導航設備，方便形成組合型導航系統(tǒng)，對導航系統(tǒng)小型化的研究和推廣具有積極的意義。
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