论文摘要
目前,小型无人机在军民两用领域发挥着越来越重要的作用,但是其控制与导航的核心设备---微型自动驾驶仪核心芯片大多购买国外的产品,没有自主的知识产权,所以大大限制了它的用途和使用范围。因此,研发基于国产芯片的小型无人机自动驾驶仪势在必行。本文来源于内蒙古机电重点实验室基于国产芯片小型无人机自动驾驶仪项目,主要进行了基于国产方舟GT2000芯片的无人机自动驾驶仪软硬件开发平台的研究和搭建工作。依据项目需求本文通过对GT2000芯片体系结构的深入研究,设计实现了ArcaFlying2开发板,建立起控制系统硬件开发平台。通过研究方舟指令集、方舟配套开发工具和大量的实验本文解决了设计中所碰到的方舟汇编与c语言相互嵌套调用问题、c语言访问方舟硬件寄存器问题、固件程序调试问题和中断返回等问题,并在此基础上,本文以ArcaFlying2开发板为硬件平台,设计和编写引导程序,构建控制系统的中断系统结构,设计存储分配策略,设计和编写通用硬件操作函数库,最终实现了一个可扩充、可维护的基于国产核心控制芯片的无人机自动控制系统软硬件开发平台。另外,根据项目需求,本文在已搭建的开发平台上连接了GPS接收模块、数字罗盘HMR3300模块和舵机系统,实现了GPS定位数据的采集、载体姿态数据的采集和高精度的舵机控制信号PWM的接收、复制和输出。最后,通过遥控小车的自主驾驶实验,对本文所设计的无人机自动驾驶仪软硬件开发平台的正确性、合理性进行了检验,并对无人机自动控制软件的设计方法进行了初步研究。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题背景1.2 小型无人机自动驾驶仪系统组成1.3 本文的研究内容1.4 论文内容安排第二章 方舟GT2000 的硬件资源及使用方法2.1 GT2000 的性能特点2.2 方舟指令集2.2.1 方舟基本指令集2.2.2 方舟宏汇编指令和操作码2.3 异常处理2.3.1 异常类型2.3.2 异常控制寄存器2.3.3 异常向量表2.3.4 异常处理过程2.4 内存管理单元（MMU）2.4.1 地址映射方式2.4.2 MMU 控制寄存器2.5 中断控制器（INTC）2.5.1 中断控制寄存器的设置2.5.2 外部中断设置2.5.3 中断控制分析2.6 时钟产生单元（CGU）2.6.1 CGU 的系统结构2.6.2 时钟频率控制寄存器（CFCR）2.6.3 时钟的设定方法2.7 本章小结第三章 基于方舟CPU 的软件编程、编译及调试方法3.1 方舟交叉编译工具链3.1.1 交叉编译工具链简介3.1.2 方舟交叉编译工具链的安装与建立3.1.3 方舟交叉编译工具链的使用方法3.2 软件的调试方法3.2.1 使用JTAG 调试工具3.2.2 设计调试函数3.3 基于方舟CPU 的c 语言和汇编语言嵌套编程方法3.3.1 汇编程序中调用c 语言子程序的方法3.3.2 c 程序中内联汇编3.4 数据类型3.5 本章小结第四章 ArcaFlying2 开发板的设计与调试4.1 ArcaFlying2 开发板整体结构4.2 调试接口模块（JTAG）4.3 存储系统的设计4.3.1 FLASH 模块4.3.2 SRAM 模块4.4 外围电路的设计4.4.1 UART 模块4.4.2 LED 测试灯4.5 启动时钟、引导模式及数据组织格式的配置4.5.1 硬件电路设计4.5.2 配置方法4.6 ArcaFlying2 开发板的调试4.6.1 FLASH 的调试4.6.2 LED 灯和通用I/O 口的调试4.6.3 UART1 和UART2 的调试4.7 本章小结第五章 飞行控制系统软件开发平台的搭建5.1 软件开发平台的源码体系5.2 初始化引导程序的设计5.3 软件系统中断结构5.4 存储组织5.5 Arcaflying2 函数库的设计与实现5.5.1 异常例程函数5.5.2 中断相关函数5.5.3 通用I/O 口操作函数5.5.4 定时器操作函数5.5.5 寄存器输出函数5.6 本章小结第六章 无人机控制系统外设驱动程序的设计6.1 GPS、HMR3300 数据采集6.1.1 GT2000 串口通信6.1.2 GPS 数据包的接收与解码6.1.3 HMR3300 数据包的接收6.2 舵机的控制与驱动6.2.1 舵机的基本原理及控制方法6.2.2 基于ArcaFlying2 的舵机外围控制电路设计6.2.3 舵机控制软件设计6.3 遥控小车自主驾驶的实现6.3.1 实验系统结构6.3.2 控制算法设计6.4 本章小结第七章 总结与展望7.1 全文总结7.2 展望参考文献附录一中断调试程序LED 灯和I/O 口调试程序UART 调试程序附录二指令系统格式指令系统详细说明致谢在读期间研究成果作者简介
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