基于DSP和FPGA的導航計算機系統設計
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光纖陀螺的脈沖信號經(jīng)信號調理電路進(jìn)入計數器模塊。計數器模塊由5片定時(shí)器芯片8254實(shí)現14路16位計數器。5片芯片共用I／O地址空間，使能端長(cháng)有效，輸入時(shí)鐘通過(guò)二選一電路來(lái)選擇輸入信號。6路脈沖信號工作，同時(shí)計數，確保光纖陀螺輸入參數的準確性和實(shí)時(shí)性。脈沖信號計數和光纖陀螺之間在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／計數器輸出信號；GPOXP，GPOXN，GPOYP，GPOYN，GPOZP，GPOZN分別經(jīng)過(guò)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”，計數要求最大計數頻率為1MHz，計數精度為±1，導航計算機依靠解析這些信號進(jìn)行定位，各導航系統的信息通信是否通暢、精確直接影響導航系統的性能，因此對這些信號的處理及可靠性要求非常高。如果這些電路出現故障，導航計算機則幾乎無(wú)法使用；如果處理器采集的數據誤差大，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(guān)鍵。針對這部分關(guān)鍵電路設計了專(zhuān)用測試電路。在系統加電初始化完成后，通過(guò)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(jìn)行數據采樣，觀(guān)察測試數據的準確性是否滿(mǎn)足系統要求，實(shí)現了功能電路的自測試。
光纖陀螺的參數通過(guò)RS 422接口傳遞給處理器解算。RS 422電路由一片8252實(shí)現一路串行接口，通過(guò)MAX488芯片實(shí)現RS 422接口的轉換，可實(shí)現最高1 Mb／s的數據傳輸速率。支持點(diǎn)對多的雙向通信，數據信號采用全雙工差分方式實(shí)現，信號的方式與接收在同一時(shí)刻進(jìn)行而互不干擾，提高系統的響應速度。
ARINC429數據總線(xiàn)是為航空電子系統通信規定的航空工業(yè)標準，它為系統互聯(lián)提供統一平臺，擔負著(zhù)交聯(lián)各個(gè)電子設備的重要責任。RS 429電路選用Harris公司的HSI3182和HSI3282，實(shí)現ARINC429數據接口的擴展，接收和發(fā)送中斷均連接至系統中斷控制器。傳輸的位速率為100 Kb／s，保障了各系統間的數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(jìn)行數據交互，完成軟件調試和串行通信(包括初始化參數的裝載、導航功能的選擇和導航功能的輸出)。DSP芯片通過(guò)擴展異步串行接口，形成兩路UART實(shí)現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電平轉換通過(guò)MAX232芯片實(shí)現。
3 導航計算機軟件設計
導航計算機軟件采用DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS實(shí)現。CCS是TI公司推出的DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境，集成Sireulator和Emulator仿真器驅動(dòng)程序。它包含每個(gè)TI器件的編譯器、源代碼編輯器、項目開(kāi)發(fā)環(huán)境、調試器及許多其他功能，與C語(yǔ)言有良好的數據交互接口。CCS提供的單用戶(hù)界面能使用戶(hù)完成應用程序開(kāi)發(fā)例程的每一步。CCS主要包括：CCS代碼生成工具；CCS集成開(kāi)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(guò)程通常采用卡爾曼濾波器實(shí)現，通過(guò)反復迭代實(shí)現。軟件實(shí)現的功能分為4部分：系統初始化、數據采集任務(wù)、捷聯(lián)導航結算任務(wù)和命令參數發(fā)送任務(wù)。DSP上電復位后進(jìn)行系統初始化工作，配置各寄存器和內部資源的狀態(tài)為確定的初始狀態(tài)。如果監測到中斷控制器的中斷信號，首先讀取RS 422和RS 429接口電路的數據，進(jìn)行航向輔助的慣導數據解算。A／D轉化結束產(chǎn)生中斷，DSP從數據緩沖區讀取到轉換結果，得到飛行參數信息，并且將此時(shí)所有傳感器的數據進(jìn)行匯總分析，實(shí)現一次卡爾曼濾波。將得到的數據對捷聯(lián)慣導的運算進(jìn)行誤差修正，得到系統最優(yōu)的導航信息，通過(guò)串行口輸出給上位計算機顯示并對飛行器進(jìn)行適當的調整。
軟件成功執行了捷聯(lián)算法，各個(gè)功能函數執行正確，并且導航結果有較好的精度。在系統加電后，導航計算機的引導程序首先讀取系統狀態(tài)信息。調試模式下可通過(guò)宿主機的開(kāi)發(fā)調試工具CCS進(jìn)行應用程序的編輯、編譯、加載和調試，調試通過(guò)后使用編程工具將應用程序固化到系統FLASH中，從而提高了導航計算機的開(kāi)發(fā)調試能力。軟件的執行流程圖如圖4所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/149492.htm
4 結語(yǔ)
激光捷聯(lián)慣性導航系統是一種自主式導航基準系統，它成本低廉，結構簡(jiǎn)單，可靠性高，廣泛應用在飛機、導彈、火箭、艦船、衛星等設備中。試驗結果表明，系統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(shí)充分考慮了系統的擴展，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，對導航系統小型化的研究和推廣具有積極的意義。
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