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基于SOPC的嵌入式导航计算机设计

彭雪峰  
【摘要】: 本文介绍了基于FPGA的SOPC技术构建嵌入式导航计算机系统方面的有关理论和技术;论文结合现代导航系统尤其是捷联导航系统的要求,面向工程化应用,采用FPGA为核心器件构建SOPC光纤捷联嵌入式导航计算机系统。使用SOPC方法在FPGA上设计嵌入式导航计算机系统,改变了目前通用处理器、DSP+MCU(CPLD)的形式主导导航计算机设计的格局,采用软硬件协同的设计模式和可定制性更恰当地适合了光纤捷联导航系统对处理能力和外部接口方式灵活的要求,具有很强的应用价值和广阔的应用前景。 论文首先在分析光纤陀螺体积小、可靠性高、成本低等特点的基础上,结合捷联惯性导航基本理论,采用光纤陀螺和加速度计作为敏感元件,并从工程应用的角度出发,提出了基于IP核的SOPC技术在FPGA器件上设计捷联导航系统的整体方案,并给出了系统设计顶层结构图。 然后,针对惯性导航参数的测量,论文完成了光纤陀螺和加速度计测量的硬件电路设计,包括信号调理电路、数据采集电路的设计与实现。为了提高采样速度和精度,在FPGA内实现了FIR(有限冲激响应)数字滤波器的硬件设计,并通过仿真和实际测试验证其满足设计要求。 接着,针对SOPC构建的嵌入式系统,其软件架构和系统初始化步骤与通用个人计算机有很大差异,应用Altera公司的QUARTUSⅡ和NIOSⅡ集成开发环境,采用嵌入式实时操作系统(RTOS)作为软件开发平台,完成了导航系统的软件部分设计。 最后,对整个系统进行软硬件调试。对实验中取得的数据进行了仿真分析,对所设计的导航系统的各模块进行了实际验证。经过调试和测试,证明设计的SOPC导航计算机功能正确,为进一步的工程应用和开发提供了一定的基础。


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