一種GPS定位替代系統的FPGA實(shí)現

5 替代系統的FPGA實(shí)現

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫(xiě)，即現場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門(mén)電路數有限的缺點(diǎn)。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) 構成的矩陣，每個(gè)LCA 含有可編程的組合邏輯和寄存器，LCA通過(guò)內部的可編程布線(xiàn)通道的內部互連網(wǎng)絡(luò )，把邏輯晶體管按設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(dòng)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部陣列分布的SRAM，即通過(guò)對分布的SRAM 的不同的加電配置來(lái)決定各個(gè)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 接口信號標準；

2) 配置邏輯塊(CLBs)：提供構造邏輯的功能元件；

3) 多個(gè)4K的專(zhuān)用塊RAM；

4) DLL：共4個(gè)位于片子四個(gè)角,用于時(shí)鐘分布延時(shí)補償和時(shí)鐘域控制；

5) 三態(tài)緩沖器,將驅動(dòng)專(zhuān)用分段水平布線(xiàn)資源。

本設計主要包括輸入、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，設計所做的實(shí)驗是基于Quartus II，它是Altera前一代FPGA/CPLD集成開(kāi)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提供了一種與結構無(wú)關(guān)的設計環(huán)境，使設計者能方便的進(jìn)行設計輸入、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。從結構上講，本設計的整個(gè)定位系統總共由3部分組成， 它們分別是：功能控制鍵輸入系統，3個(gè)無(wú)線(xiàn)電收音機報時(shí)接收器的并行輸入系統，計算部分和顯示部分。系統的結構框圖如圖2所示。每一個(gè)地方發(fā)送過(guò)來(lái)的信號的頻率都是不一樣的，所以系統根據設置不同的頻率接收不同的電臺報時(shí)。本設計中規定來(lái)自北京的接收信號1，來(lái)自上海的接收信號2，而來(lái)自武漢的接收信號3。在所需要的信號接受完后，經(jīng)過(guò)FPGA芯片系統對接收信號時(shí)間間隔的運算，可以計算出設備所在地的具體位置，這個(gè)位置在顯示部分顯示出來(lái)，按鍵的作用是控制輸入信號接受器和啟動(dòng)計算并顯示。

6 結論

本文在分析目前使用的GPS定位系統的基礎上，探討了通過(guò)接收不同城市廣播電臺的同時(shí)發(fā)出的報時(shí)信號，算出這三個(gè)地方距離定位設備所在地的距離，進(jìn)而確定本地的確切地理位置。設計了系統的FPGA實(shí)現,本系統可以作為廉價(jià)的汽車(chē)定位系統嵌入到汽車(chē)的FPGA或單片機控制系統中。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn):（1）接收系統只使用了3個(gè)收音機的接收部分外加一個(gè)FPGA位置計算模塊，技術(shù)含量要求低，造價(jià)便宜；（2）平時(shí)本系統可以和衛星定位系統相互補充同時(shí)使用；當衛星受到干擾不能正常工作時(shí)（或戰時(shí)衛星受到攻擊被摧毀時(shí)），本系統可以作為軍用的一種定位替代系統；（3）本系統理論和實(shí)驗研究如果能進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成為產(chǎn)品將擁有廣闊的市場(chǎng)。