基于浮点dsp+fpga

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1、32R2005年全国单片机与嵌入式系统学术交流会论丈集基于浮点DSP+FPGA的组合.质导系统设计孙志坚刘学梅王玉辉青岛建筑工程学院，青岛,266033摘要组合导航系眺这算童大，实时要求高，变量动态范围大，运算精度要求高，这就需要高速的教据处理系统。近几年，DSP与FPGA结合在高速信号处理中的应用越来越广。本丈结合自己的工程实践，介绍了一种基于浮点DSPTMS320C6713和FPGAEPIK100结合的光仟陀螺仪(GFOG)组合导航系统，并详细介绍了该系统的具体实现方案。该系统具有实时性能好、运算精度高的特点。基于浮点DSPTMS320C6713和Fl'GA结合的组合导抗系统

2、是该系统的核心部分。关妞询浮点DSP,组合导筑系眺，Kalman滤波器1引言经过几十年的发展,RIR性系统的捷联技术已经成熟，相关的电子线路和导航计算机性能完善，各种新的算法尤其是误差补偿、在线校正、动态滤波方法不断涌现，使系统性能不断提高。现代组合惯导系统不仅巩固了其在原有的应用领域即中等精度的导航、制导和姿态基准系统中的主导地位，而且组合惯导系统耐恶劣环境和低成本的优点正使其向着以往不可能使用惯性系统的场合和系统渗透，如智能炸弹、可制导炮弹、主动水雷等。相应地，这些新的应用场合和系统也向组合惯导系统提出了新的要求，体积小，重量轻，成本低，功耗低，算法简捷是组合恨导系统得以在这

3、些领域成功应用的关键.组合惯导系统导航计算机的主要任务有两类:一是数据输人输出。包括采集惯性传感器的输出信号，输入初始对准数据接收外系统校正信息，输出导航参数.与主控设备交换信息等;二是数据处理与计算，包括惯性传感器误差补偿、初始对准、导航计算、在线校正、滤波等。对于后者，DSP可以很好地完成。但前者涉及与外设的大量数据交换和外设控制等1/O操作这是DSP的弱项，勉强令其完成，则其赖以进行高速数据处理的多级缓冲和高速流水线机制将被频繁打断.同时低速外设和1/O操作要求在DSP的操作时序中擂入大量等待周期，最终使DSP的优势大大削弱。而FPGA在这方面是强项。本文详细介绍了采用浮点

4、DSP和FP-GA相结合在IFOG/GPS捷联组合惯导系统中的应用技术.在该项目中，我们采用美国德州仪器公司(TI公司)生产的最新的浮点DSP芯片TMS320C6713做滤波算法。TMS320C6713是TI公司TMS320C6000系列的芯片，其性能价格比高，特别适用于类似组合导航系统运算量大，实时性要求高，变量动态范围大以及计算精度要求高的场合。而其内部高达256K的RAM足以满足运算时对RAM的需求，和以往采用的TMS320C3x比较，省去了扩展外部RAM的麻烦，并且所有的运算都在内部RAM中完成，大大提高了运算速度，提高了系统的实时性，而在价格方面，甚至低于TMS320C

5、3x。系统的数据采集、与外部系统的通信、时序逻辑控制和人机接口等功能则由Altera公司的FPGA芯片EPIK100QC208来完成,FPGA所独有的特点大大提高了接口和控制的实时性2系统总体设计将整个系统电路按功能分成3大模块:DSP模块、数据采集模块、通信与控制接口模块。DSP模块负责全系统所有的计算和控制工作;数据采集子模块负责从惯性器件采集数据;通信与控制接口模块负责DSP模块与系统外其他设备的通信工作和对弹体飞行控制机构的控制工作。系统功能结构示意图如图I所示从功能结构图可以看出，DSP模块是全系统的核心，是全系统惟一有计算能力的部分。所以，本模块设计的好坏对整个系统的

6、性能影响很大，是系统全部电路设计的关键。惯性组合惯导系统在执行任务时，要向飞机控制系统和数据记录仪提供实时且不间断的导航信息，如位置、速度、姿态和航向等，同时也要接收飞机控制系统的控制信息;在地面起飞前，还需要与地面测试系统进行双向的信息交换，因此数据处理和传输量非常大，这些功能由FPGA实现。近几年随着DSP和FPGA技术的发展.两者的结合在数字信号处理领域应用越来越广泛。图1是在该系统中我们设计的基于TMS320C6713的IFOG组合导航系统结构框图.第六篇FPGA/CPI,D329RS-422遥测>200kRS-232GPS仿真1m$m$#FPGA采集数据DSP俪#Amm

7、xllm24位x6数据更新、整周模A八〕周壁探测位霄.速度解算61洲」Hz、时间9t徽.99tfoff$jt测试与通信福一主控计算机{卫S-422>200k输入:自检、准备对准、方等位RS-232准备准载波相位RS-232输出;i}C求星历、速度一GPS一选星指令等对准请位置等鹭备联试应答、图1组合导航系统结构框图系统电路设计由图1可以看出，该惯性组合导航系统共由3个子系统构成:①工MU/GPS信息侧量系统完成导航传感器的原始测量信息的采集;②控制与通信系统实现与地面测试系统、飞