SOPC+DSP6713构成的复合惯导计算机系统设计与实现

论文摘要

捷联导航系统因为其自身特殊的优点和性能特点,正在受到越来越多的关注,得到越来越广泛的应用。然而,长期以来,由于受处理器的限制,对体积和重量有极高要求的捷联惯导系统并未有突破性的进步,为此也限制了它的发展前景和应用领域。以此为背景,提出了SOPC+DSP6713的嵌入式系统在该领域的应用。Altera公司开发的基于SOPC技术的NIOSⅡ嵌入式处理器,是一个可变结构的、通用型的32位RISC嵌入式处理器。设计者可以非常方便地使用SOPCBuilde系统开发工具设计构造以处理器为基础的系统,针对自己的要求配置NIOSⅡ软核、Avalon总线及外围接口系统。TMS320C6713是TI公司推出的基于先进的甚长指令字（VLIW）结构的高性能浮点DSPs,在225MHz的时钟频率下,其最高执行速度可以达到1350MFLOPS、1800MIPS。系统采用Altera公司Cyclone系列的EPlCl2Q24017 FPGA芯片嵌入NIOSⅡ32位软核作为控制CPU,TMS320C6713作为浮点协处理器,协同工作组成导航计算机系统。该系统充分利用了TMS320C6713的处理速度快、浮点数据处理能力强和SOPC控制能力强的各自特性。利用高精度16位A/D转换芯片ADS8364采集3路陀螺和3路加速度计信号,SOPC控制ADS8364的启动转换和读取转换结果,经过简单的处理,通过HPI口把结果存入到TMS320C6713的存储空间内,以便DSP对输入信号进行解算处理。DSP调用捷联惯导算法,最后解算完得到的数据需要传到上位机,通过把DSP运算之后的导航参数由TMS320C6713的多功能串口实现SPI口的功能接转换芯片转换成RS-232串口把信息送到上位机。研究表明,基于SOPC+DSP6713的设计方案,可以有效地提高捷联解算系统的运算精度和速度,减小系统的体积、功耗和成本,使系统具备更好的应用价值、市场前景和军事意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 惯性导航技术的重要地位
• 1.2 惯性导航系统的发展
• 1.3 SOPC及其技术
• 1.4 数字信号处理器的优势
• 1.5 论文的主要工作
• 第2章 系统总体框架设计
• 2.1 捷联惯性导航系统的硬件组成
• 2.2 基于Nios Ⅱ的SOPC系统简介
• 2.2.1 Nios Ⅱ处理器简介
• 2.2.2 NIOS Ⅱ处理器的优势和应用领域
• 2.2.3 片上AVALON总线技术
• 2.3 DSP6713简介
• 2.3.1 C6713的CPU结构
• 2.3.2 C6713的片内2级存储器
• 2.3.3 C6713的集成外设
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计
• 3.1 数据采集部分
• 3.1.1 系统输入信号分析
• 3.1.2 基于ADS8364数据采集电路
• 3.2 SOPC部分
• 3.2.1 控制芯片的选择
• 3.2.2 SOPC电源设计
• 3.2.3 SOPC时钟及PLL电路
• 3.2.4 SOPC SDRAM电路设计
• 3.2.5 SOPC的配置电路
• 3.3 DSP6713部分
• 3.3.1 电源部分
• 3.3.2 DSP的时钟电路设计
• 3.3.3 Flash接口
• 3.3.4 SDRAM接口硬件设计
• 3.4 通信部分设计
• 3.4.1 SOPC与DSP6713的HPI口接口通信
• 3.4.2 DSP与上位机通信接口的设计
• 3.5 NIOS Ⅱ软核配置
• 3.5.1 定制外设IP核设计
• 3.5.2 NIOS Ⅱ软核配置
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 系统软件设计方案
• 4.2 基于NIOS Ⅱ控制器的软件设计
• 4.2.1 集成开发环境（IDE）
• 4.2.2 硬件抽象层（HAL）
• 4.2.3 A/D数据采集程序设计
• 4.2.4 SOPC与DSP6713的HPI口接口通信软件设计
• 4.3 DSP软件开发设计
• 4.3.1 DSP开发环境CCS软件介绍
• 4.3.2 DSP6713的初始化
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统调试
• 5.1 SOPC与DSP6713的HPI口接口调试
• 5.2 SOPC控制ADS8364数据采集的调试
• 5.3 DSP6713的自举实现
• 5.3.1 bootloader的原理和简介
• 5.3.2 二级Bootloader的编写
• 5.3.3 "两次下载法"实现程序的下载
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢