基于DSP和FPGA的多功能嵌入式导航计算机系统设计

发布时间：2017-04-13 17:05

  本文关键词：基于DSP和FPGA的多功能嵌入式导航计算机系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【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、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 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、低功耗的发展方向。
【关键词】：导航计算机 DSP FPGA VHDL 异步串行接口 SOPC
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：V249.3
【目录】：

• 第一章 绪论14-18
• 1.1 课题研究背景14-15
• 1.2 SINS/GPS 组合导航计算机国内外发展现状15-17
• 1.3 本课题研究的目的、意义及主要内容17-18
• 第二章 SINS/GPS 组合导航计算机方案18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 SINS/GPS 组合导航系统算法18-22
• 2.2.1 捷联惯性导航原理18
• 2.2.2 捷联惯性导航算法18-19
• 2.2.3 GPS 卫星导航系统19-20
• 2.2.4 SINS/GPS 组合导航系统20-22
• 2.3 DSP 和FPGA 的特点和开发22-25
• 2.3.1 DSP 的特点和开发22
• 2.3.2 可编程逻辑器件的结构和工作原理22-23
• 2.3.3 硬件描述语言23-24
• 2.3.4 FPGA 开发流程和开发工具24-25
• 2.4 基于DSP 和FPGA 的组合导航计算机方案25-26
• 2.5 DSP、FPGA 等主要芯片选型26-28
• 2.5.1 DSP 选型26-27
• 2.5.2 FPGA 选型27
• 2.5.3 ADC 和液晶显示器选型27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 基于 FPGA 的数据采集和通信接口设计29-54
• 3.1 引言29
• 3.2 模拟信号数据采集部分设计29-41
• 3.2.1 模拟信号采集硬件结构29-30
• 3.2.2 ADC 采样控制器总体设计30-31
• 3.2.3 CPU 接口模块设计31-33
• 3.2.4 FIFO 模块设计33-35
• 3.2.5 ADC 接口模块设计35-40
• 3.2.6 ADC 采样控制器的软件驱动程序设计40-41
• 3.3 基于FPGA 的多通用串行接口(UART)的设计41-49
• 3.3.1 异步串行通讯标准41
• 3.3.2 异步串行口总体设计41-43
• 3.3.3 波特率发生器43
• 3.3.4 串行数据发送模块43-44
• 3.3.5 发送FIFO 模块44
• 3.3.6 串行数据接收模块44-46
• 3.3.7 接收FIFO 模块46
• 3.3.8 CPU 接口逻辑46-49
• 3.4 ADC 采样控制器与UART 时序仿真49-53
• 3.4.1 ADC 采样控制器时序仿真50-52
• 3.4.2 UART 时序仿真52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 FPGA 实现人机接口和 DSP 接口设计54-65
• 4.1 引言54
• 4.2 液晶显示接口设计54-58
• 4.2.1 液晶显示接口总体设计54-56
• 4.2.2 液晶显示接口控制器设计56-57
• 4.2.3 液晶显示接口驱动程序设计57-58
• 4.3 键盘接口设计58-61
• 4.3.1 键盘接口总体设计58-59
• 4.3.2 按键编码逻辑设计59-61
• 4.4 FPGA 与DSP 的接口设计61-63
• 4.5 人机接口模块时序仿真63-64
• 4.5.1 液晶显示接口时序仿真63-64
• 4.5.2 键盘接口时序仿真64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 基于 Virtex-II Pro 的 SOPC 导航计算机系统方案设计65-72
• 5.1 引言65
• 5.2 Virtex-II Pro 特点65-68
• 5.2.1 PowerPC405 内部结构66
• 5.2.2 PowerPC405 外部接口66-67
• 5.2.3 CoreConnect 技术67-68
• 5.3 基于Virtex-II Pro 组合导航系统方案设计68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 本文所做的工作72
• 6.2 后续工作及研究方向72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文78

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张静怡;安扬;;SOPC技术在军用信息终端中的应用[J];火力与指挥控制;2010年S1期

2 刘瑞超;赵捍东;曹红松;孙运强;;高动态环境下的弹载导航计算机设计[J];电子测试;2010年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李宗涛;高动态捷联惯导系统的并行实现研究[D];浙江大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 邹雄;基于FPGA的弹载计算机调试方法研究[D];南昌航空大学;2010年

2 谷文博;基于DSP/FPGA架构实现捷联式惯性导航系统[D];大连理工大学;2010年

3 姚双武;基于SOPC的集成处理器仿真平台研制[D];哈尔滨工业大学;2010年

4 刘士伟;嵌入式实时操作系统VxWorks在激光陀螺姿态测量系统中的应用研究[D];国防科学技术大学;2010年

5 刘一民;基于SOPC的组合导航计算机的研究与实现[D];北京化工大学;2011年

6 孟祥臣;基于SOPC的微小型组合导航计算机的设计研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

7 刁克巍;信号处理板的采集与显示模块的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2011年

8 郝允冉;基于TERN系列板卡的小型化飞控计算机设计[D];南京航空航天大学;2007年

9 刘伟峰;基于DSP和CPLD的微型导航计算机系统研究[D];南京航空航天大学;2007年

10 邱吉冰;SOPC嵌入式导航计算机研制[D];南京航空航天大学;2007年

  本文关键词：基于DSP和FPGA的多功能嵌入式导航计算机系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：304045