【硕士论文】基于DSP和FPGA的多功能嵌入式导航计算机系统设计.pdf

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1、南京航空航天大学硕士学位论文基于DSP和FPGA的多功能嵌入式导航计算机系统设计姓名：李海洋申请学位级别：硕士专业：精密仪器及机械指导教师：刘建业20050301南京航空航天人学硕十学位论文摘要为适应组合导航计算机的微型化、高性能度的要求，拓宽导航计算机的应用领域。本文进行了基于DSP和FPGA的组合导航系统设计研究。论文首先根据组合导航计算机的特点和应用要求，提出了基于DSP和FPGA的组合导航计算机系统方案。该方案是以DSP作为处理器，由FPGA实现输入输出等外围接口，完成对IMU信号的采集和缓存、

2、多串行口的扩展、键盘接口扩展以及液晶显示接口扩展等功能；DSP通过EMIF接口实现和FPGA通信。然后论文重点进行了采用FPGA实现FIFO缓存、ADC采样控制器和接口单元、异步串行通讯接口、小键盘接口和液晶显示接口的设计，并对各功能模块进行了时序仿真验证，同时针对各功能模块设计了驱动软件。最后，为进一步缩小导航计算机的体积，论文提出了基于嵌入PowerPC的FPGA的SOPC设计方案，并对片上系统的硬件结构进行了设计。论文中所有接口设计使用VHDL语言采用自顶向下、层次化、模块化系统设计方法。高速浮点

3、DSP作为导航处理器，FPGA作为外设接口单元，使DSP专注于复杂的导航解算，提高了系统效率和速度。VHDL语言描述的设计模块作为IP核可重用，修改升级灵活，设计IP核也可以直接应用于片上系统设计中。同时，本文提出的多串行口扩展硬件实现简单：硬件实现带有缓存的高速ADC信号采集控制具有不占用CPU资源、运行速度快的特点。FPGA可重新编程、VHDL模块可重用，因此用FPGA设计接口电路灵活方便，升级容易。用高速度、小体积、低功耗、低成本的DSP和FPGA设计导航计算机适应了其微型化、高性能、低成本、低功

4、耗的发展方向。关键词：导航计算机，DSP，FPGA，VHDL，异步串行接VI，SOPC基于DSP和FPGA的多功能嵌入式导航计算机系统设计AbstractTomeettheneedsofIntegratedNavigationComputer’SmicromationandhighperformanceSOastoenlargeitsapplicationfield，theIngratedNavigationSystemdesignbasedDSPandFPGAisresearchedinthispap

5、er．Firstly,thispaperbringsforwardIntegratedNavigationComputerschemebasedDSPandFPGAaccordingtoitscharacteristicsandapplicationrequirement．Inthisscheme，DSPisusedtobeaprocessor．AndtheI／OinterfacefunctionisrealizedbyFPGAthatperformstheIMUsignalacquisitionand

6、bufferingdata，expandingmultiUARr-keypadinterfaceandLCDinterface．DSPinterfacestoFPGAbyDSP’SEMIF．Secondly,thedetaileddesignsincludingFIFO，ADCsamplingcontrollerandUART，kcypadandLCDinterfaceareemphasized．Eachinterfaceisverifiedbytimingsimulation．Anditsdrivin

7、gprogrambasedDSPisgiven．FinallythispaperintroducestheSOPCdesignbasedFPGAembeddedPowerPC405inordertOminimizethecomputerfurther,andtheSOPChardwaredesigndiagramisgiven．AllthehardwarecircuitsinthispaperaredescribedbyVHDLandaredesignedbyup·down，hierarchicalan

8、dblockingmethod，Theeffeiciencyandspeedofthesystemisenhancedbytheschemeinwhichhi曲speedandfloatDSPisaprocessorandFPGArealizesinterfaceunitSOthatDSPcanbedevotedinnavigationalgorithm．ThemoddedescribedbyVHDLCanbeasIPcorewhichha