[發(fā)明專利]一種基于FPGA的導航計算機協(xié)處理器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410228512.3
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104132663A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 王松;劉海濤;闕興濤;劉爾靜;汪守利
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種基于FPGA的導航計算機協(xié)處理器，其特征在于實現(xiàn)方式如下：

FPGA協(xié)處理器完成IMU信號的采集控制和處理，并將IMU信號發(fā)送至主處理器；主處理器根據(jù)FPGA發(fā)送的IMU信號完成導航計算，并將導航計算的導航參數(shù)通過FPGA協(xié)處理器發(fā)送至主控計算機及其他外設；主控計算機及其他外設通過FPGA將控制指令及輔助信息發(fā)送至主處理器；FPGA協(xié)處理器控制模數(shù)轉換單元完成IMU信號的模數(shù)轉換，將多路IMU模擬信號轉換為數(shù)字信號；IMU信號包括3路高精度光纖陀螺信號、3路高精度加速度計信號、1路溫度信號，對應的模數(shù)轉換器路數(shù)為7路；

其中FPGA協(xié)處理器包括：IMU信號采集模塊、IMU信號處理模塊、通信協(xié)議設置模塊、發(fā)送緩沖模塊、接收緩沖模塊、異步串行收發(fā)模塊；

IMU信號采集模塊對模數(shù)轉換器進行初始化，將7路模數(shù)轉換器進行同步，并設置一定的模數(shù)轉換頻率；IMU信號采集模塊查詢其中1路模數(shù)轉換器的轉換狀態(tài)，當查詢到模數(shù)轉換完畢后，產(chǎn)生取數(shù)時序，得到7路模數(shù)轉換器的數(shù)字信號，并送往IMU信號處理模塊；

IMU信號處理模塊對7路模數(shù)轉換器的轉換數(shù)據(jù)進行二階IIR低通數(shù)字濾波處理得到濾波后的IMU數(shù)字信號，并產(chǎn)生與模數(shù)轉換頻率相等的導航計算時標用以觸發(fā)主處理器外部中斷，主處理器在中斷服務程序中產(chǎn)生地址信號及讀信號，一次讀入模數(shù)轉換完畢的IMU數(shù)字信號，完成導航計算，并進行導航計算時標的對準；

通信協(xié)議設置模塊對異步串行通信的波特率及奇偶校驗進行設置；

發(fā)送緩沖模塊對主處理器導航計算完畢準備發(fā)往主控計算機及其他外設的導航參數(shù)進行緩沖，并等待異步串行收發(fā)模塊完成并串行轉換；

接收緩沖模塊對由異步串行收發(fā)模塊完成串并轉換的來自主控計算機及其他外設的串行指令及輔助參數(shù)進行緩沖，等待主處理器的讀取；

異步串行收發(fā)模塊將發(fā)送緩沖模塊中主處理器向主控計算機和其他外設之間發(fā)送的導航參數(shù)進行并串行轉換后發(fā)送至主控計算機和其他外設；并將接收到主控計算機和其他外設發(fā)送至主處理器的異步串行數(shù)據(jù)進行串并行轉換送至接收緩沖模塊。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于FPGA的導航計算機協(xié)處理器，其特征在于：所述的導航計算時標為一個基準時鐘寬度的高電平，頻率為1KHz，基準時鐘頻率為14.7456MHz。

3.根據(jù)權利1要求的一種基于FPGA的導航計算機協(xié)處理器，其特征在于：所述進行二階IIR低通數(shù)字濾波處理方法具體如下：

二階IIR濾波器遞歸方程為：

y(n)＝a₀x(n)+a₁x(n-1)+a₂x(n-2)-b₁y(n-1)-b₂y(n-2),n＝2,3,4,...,N

其中，x(n)為當前時刻的采樣值，x(n-1)為前一時刻的采樣值，x(n-2)為更前一時刻的采樣值，y(n)為當前時刻濾波器的輸出值，y(n-1)為前一時刻濾波器的輸出值，y(n-2)為更前一時刻濾波器的輸出值。

4.根據(jù)權利1要求所述的一種基于FPGA的導航計算機協(xié)處理器，其特征在于：所述的通信協(xié)議設置模塊包括波特率配置寄存器、奇偶校驗配置寄存器；通信協(xié)議設置模塊對異步串行通信的波特率及奇偶校驗進行設置的實現(xiàn)方式如下：

波特率配置寄存器、奇偶校驗配置寄存器映射為主處理器的外設地址用二進制碼分別表示為1001、1010，主處理器往外設地址寫入波特率及奇偶校驗的配置數(shù)據(jù)，通信協(xié)議設置模塊使用主處理器的地址信號及寫信號邊沿將配置數(shù)據(jù)鎖存，更新配置寄存器，即完成通信協(xié)議的設置；

波特率及奇偶校驗的配置數(shù)據(jù)的具體數(shù)值為：基準時鐘14.7456MHz除以波特率配置寄存器的值加1即為異步串行通信波特率；奇偶校驗配置寄存器Bit0值為‘1’表示奇偶校驗使能，‘0’表示奇偶校驗不使能；奇偶校驗使能時，奇偶校驗配置寄存器Bit1值為‘1’表示奇校驗，‘0’表示偶校驗。