DSP/CPLD在惯性导航中的应用
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摘要
该论文主要研究如何用数字信号处理芯片(DSP：TMS320VC33PGA120)和复杂可编程逻辑器件(CPLD：EPM7128STC-100)作为数字硬件平台，实现捷联式惯性导航系统(SINS)高速实时数据处理的硬件、软件设计。
论文首先阐述了惯性导航系统的特点和发展现状及论文研究的应用背景及必要性，着重分析、推导了捷联式惯性导航系统的力学方程编排。然后，研究了DSP芯片结构体系的特点，绘制了硬件电路系统的原理图和PCB图，且采用Verilog HDL硬件描述语言编写了复杂可编程逻辑器件(CPLD)的译码与部分数据处理程序。其次，在CCS'C3x-'C4x编译环境下，采用C语言和汇编语言混合编程的方式，初调了硬件电路系统的各个端口，分析了DSP芯片的中断和Bootloader机制，开发了飞行轨迹数据生成系统。最后，结合捷联式惯性导航系统算法流程，对硬件电路系统进行了测试验证，并给出了测试结果。
测试结果表明，以DSP／CPLD作为导航计算机硬件平台的捷联式惯性导航实时数据处理系统能够满足系统所要求达到的高精度、实时性、稳定性要求，使捷联式惯性导航系统具有更好的应用价值、市场前景和军事意义。
The paper mainly focuses on the software and hardware design that the data real-time processes of the SINS, using the DSP and the CPLD as the digital hardware platform.
First, the paper describes the development of the SINS and the practical engineering background of the thesis, emphatically analyses and fomulates Mechanical Calibration Equation of the SINS. Then, the author specially studies the characteristic of system architecture of the DSP, paints schematic principle diagram and PCB diagram of the hardware circuit system, writes the program decoding and partial data processing of the CPLD, adopting Verilog HDL hardware describing language. In CCS'C3x-'C4x compile environment, using composite programming method of C and Assemble language, the author debugs each port of the hardware circuit system, analyses interrupts mechanism and bootloader mechanism of the DSP, develops the system of generating flight orbit data. Finally, combining algorithm flow-chart of the SINS, all work realizes test and validation of the hardware circuit system.
The test result demonstrates that the real-time data processing system can satisfy the request of high precision, rapid speed, high reliability of the SINS, make the SINS having great value of application, better future of market and great significance of military.
论文首先阐述了惯性导航系统的特点和发展现状及论文研究的应用背景及必要性，着重分析、推导了捷联式惯性导航系统的力学方程编排。然后，研究了DSP芯片结构体系的特点，绘制了硬件电路系统的原理图和PCB图，且采用Verilog HDL硬件描述语言编写了复杂可编程逻辑器件(CPLD)的译码与部分数据处理程序。其次，在CCS'C3x-'C4x编译环境下，采用C语言和汇编语言混合编程的方式，初调了硬件电路系统的各个端口，分析了DSP芯片的中断和Bootloader机制，开发了飞行轨迹数据生成系统。最后，结合捷联式惯性导航系统算法流程，对硬件电路系统进行了测试验证，并给出了测试结果。
测试结果表明，以DSP／CPLD作为导航计算机硬件平台的捷联式惯性导航实时数据处理系统能够满足系统所要求达到的高精度、实时性、稳定性要求，使捷联式惯性导航系统具有更好的应用价值、市场前景和军事意义。
The paper mainly focuses on the software and hardware design that the data real-time processes of the SINS, using the DSP and the CPLD as the digital hardware platform.
First, the paper describes the development of the SINS and the practical engineering background of the thesis, emphatically analyses and fomulates Mechanical Calibration Equation of the SINS. Then, the author specially studies the characteristic of system architecture of the DSP, paints schematic principle diagram and PCB diagram of the hardware circuit system, writes the program decoding and partial data processing of the CPLD, adopting Verilog HDL hardware describing language. In CCS'C3x-'C4x compile environment, using composite programming method of C and Assemble language, the author debugs each port of the hardware circuit system, analyses interrupts mechanism and bootloader mechanism of the DSP, develops the system of generating flight orbit data. Finally, combining algorithm flow-chart of the SINS, all work realizes test and validation of the hardware circuit system.
The test result demonstrates that the real-time data processing system can satisfy the request of high precision, rapid speed, high reliability of the SINS, make the SINS having great value of application, better future of market and great significance of military.
引文
[1] Paul J. Stadnik, Flight Test of an Integrated Digital GPS Translator, NAVSYS Corporation。
[2] Shu Xiaowu, Liu Cheng, The Research of Digital Close-loop Depolarized FOG, Proceedings of the 3rd World Congress on Intelligent Control and Automation, June28-July2, 2000, Hefei,P. R. China。
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[5] TMS320VC33 DIGTAL SIGNAL PROCESSOR, SPRS087B-FEBRUARY 1999-REVISED JULY 2000, Texas instruments Incorporated。
[6] TMS320C3x General-Purpose Application User's Guide, Printed in U.S.A., SPRU194, January 1998, Texas Instruments lncorporated。
[7] How to Begin Development Today Wi th theTMS320VC33, SPRA526, March 1999, Texas Instruments Incorporated。
[8] DSP Selection Guide 2002, Febrary 2002, Texas Instruments Incorporated。
[9] 李宏生，基于DSP的主从式紧耦合捷联导航计算机，中国惯性技术学报，2001年第3期。
[10] 王茂，姚文圣，转台控制系统的DSP实现，中国惯性技术学报，2001年第3期。
[11] 王金础，余松煜，TMS320C3x高速数据采集的DMA实现，数据采集与处理，2000年第1期。
[12] 曾涛，龙腾，空载脉冲多普勒跟踪雷达数字信号处理机的设计和实现，航空学报，第21卷，第2期，2000年3月。
[13] 李署坚，任骏涛，王丹志，邵定蓉，基于DSP的高动态数字解扩接收机的研究，航空学报，第22卷，增刊，2001年6月。
[14] 钟睿，毛士艺，刘祥林，王月忠，TMS320C62x的并行性和应用研究，航空学报，第22卷，增刊，2001年6月。
[15] John M.Oelschlaeger,Letoy O.Thielman,GG1308环形激光陀螺惯性测量系统——Honeywell公司的低成本战术应用，飞控与惯导技术，总第46期，1996年第2期。
[16] 徐龙祥、朱烷秋、刘正埙，一种基于DSP的高速采集与处理系统，南京航空航天大学学报，第32卷第1期，2000年2月。
[17] 彭启琮、李玉柏，DSP技术，电子科技大学出版社，1997。
[18] 王念旭等，DSP基础与应用系统设计，北京航空航天大学出版社，2001。
[19] 张雄伟、曹铁勇，DSP芯片的原理与开发应用(第2版)，电子工业出版社，2000。
[20] 李哲英、骆丽、刘元盛，DSP基础理论与应用技术，北京航空航天大学出版社，2002。
[21] 朱铭皓、赵勇、甘泉，DSP应用系统设计，电子工业出版社，2002。
[22] 刘和平、严利平，TMS320LF240X结构、原理及应用，北京航空航天大学出版社，2002。
[23] 刘和平、严利平，TMS320LF240X C语言开发应用，北京航空航天大学出版社，2002。
[24] 刘益成，TMS320C54X DSP应用程序设计与开发，北京航空航天大学出版社，2002。
[25] 任丽香、马淑芬、李芳惠，TMS320C6X系列DSP的原理与应用，电子工业出版社，2000。
[26] 候伯亨，顾新，VHDL硬件描述语言，西安电子大学出版社，2000。
[27] 夏宇闻，从算法设计到硬件逻辑的实现，高等教育出版社，2001。
[28] 宋万杰，吴君顺，CPLD技术及其应用，西安电子科技大学出版社，2000
[29] 张志麟，ALTERA可编程逻辑器件及应用，清华大学出版社，1999。
[30] 赵忠，惯性系统发展趋势与对策，惯性技术发展动态发展方向研讨会文集，2000。
[31] 袁信、郑谔，捷联式惯性导航原理，航空专业教材编审组出版，1985。
[32] 袁信、俞济祥、陈哲，导航系统，航空工业出版社，1997。
[33] 陈哲，捷联惯导系统原理，宇航出版社，1986。
[34] 朱绍箕，李立新，张绍武，从西欧三国考察看惯性技术的发展，飞航导弹，1999年第1期。
[35] 张宗麟，惯性导航与组合导航，航空工业出版社，2000。
[36] 秦永元、汪叔桦，卡尔曼滤波与组合导航原理，西北工业大学出版社，1998。
[37] 黄德鸣、程禄，惯性导航系统，国防工业出版社，1986。
[38] 万德钧、房建成，惯性导航初始对准，东南大学出版社，1998、
[2] Shu Xiaowu, Liu Cheng, The Research of Digital Close-loop Depolarized FOG, Proceedings of the 3rd World Congress on Intelligent Control and Automation, June28-July2, 2000, Hefei,P. R. China。
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[38] 万德钧、房建成，惯性导航初始对准，东南大学出版社，1998、