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基于ASIP的实时GPS软件接收机的实现

王炜  
【摘要】: GPS接收机作为不可或缺的设备为用户实现导航定位提供了便利。随着数字技术的发展,传统的GPS硬件接收机逐步向软件接收机转变。软件接收机通过接收和处理卫星传来的GPS定位信号,求解出定位信息并显示给用户。信号同步是GPS软件接收机的主要运算单元,其完成的主要功能是对C/A码相位和多普勒频移进行精确估计以产生与接收信号同步的本地信号,从而将载波和C/A码从接收信号中剥离,提取出导航电文供后续单元进行定位解算。信号同步主要包括捕获和跟踪两个阶段,其中捕获阶段主要由FFT实现,跟踪阶段主要由Bit-wise算法实现。数据处理的实时性一直是GPS软件接收机设计的关键问题。 本文对基于ASIP的GPS软件接收机的实时性进行了探索,得出Bit-wise算法频繁的存储器操作是其实时性处理的主要瓶颈。因此,设计结构合理、性能优越的存储器是解决实时性问题的有效途径。依据存储器访问模式的设计理念,本课题在M5模拟器平台上对不同结构参数的存储器进行了性能评估,并最终选择出一组最适于Bit-wise算法的存储器结构参数。 在评估不同Cache大小的存储系统性能时,本文采用了复用距离的思想和分析方法。复用距离的程序独立性、准确性以及其与Cache缺失率的关系在本课题的设计过程中得到了充分地展现。利用M5平台,本文对Bit-wise算法的复用距离直方图进行了统计和分析,并得出了具有最佳性能的Cache大小选择。此外,基于MAR和缺失率的评估标准,本文对不同块大小、不同关联度和不同频率组合下的存储器结构进行了性能评估,得出了GPS软件接收机实时性要求的一组最佳参数组合。最后,本文依据所得参数,设计了一种GPS软件接收机适用的系统结构。 结果显示,基于已经设计完成的ASIP,在Cache大小为64K、块大小为64、关联度为2和CPU、总线、存储器频率比为1:1:0.333时,系统处理GPS信号的时间均小于对应的数据长度,实现了初步的GPS软件接收机实时性处理。


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