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小型惯导系统数据实时采集处理与存储设计

2021-07-21 来源:品趣旅游知识分享网
万方数据第3期李杰等:小型惯导系统数据实时采集处理与存储设计2751系统总体设计系统结构框图,如图l所示,其中,ADC采用TI公司的16位高速并行接口的高性能模数转换芯片ADs8365,该芯片功耗低采用6通道同步采样转换,单+5V供电;DsP采用11公司的32位浮点数字信号处理器TMS320VC33;外扩l片NORFl硒h一√w29LⅣ800B作为程序存储器,采用引导加载(Bootloader)方式。系统上电后1MS320VC33将该Flash中的程序自动加载到片内sRJ~M中,程序在片内SRAM中高速运行;FPGA选用Xilill)【公司的xC2s30;外接l片lG×8Bit的NANDFlaSh—K9K8G08UOM作为数据存储器。数据回收模块由xilinx公司的xC2s50E(FGP∞和cypr龉s公司的cY7c68013构成。图l系统结构框图Fig.1systcmstructurediagram整个系统有12路MIMu模拟输入信号(具体通道数可以结合实际应用需求,通过对每片ADs8365的/HOLDA、/HOLDB、/HOLDC信号的控制来增减,可以设计成8路、10路、12路,以使ADS8365发挥其最佳性能);经过硬件低通滤波、信号放大等调理电路后,分别进入两片ADS8365进行模数转换:量化后的数字量由TMs320VC33进行采集、处理(每次将两片AD的共32Bits数据一次性读入1MS320VC33中,再通过程序对两片AD的数据进行分离,这样就可以省去软件或硬件FIFO)。1MS320VC33在完成数据的采集和处理后,定时将固定帧格式的导航解算数据写入xC2s30内部的容量为lK×8BitFIFO中,xc2S30对内部FIFO做容量判断后,将数据写入lG×8Bit的K9K8G08u0M,xc2S30同时负责对整个系统的时序逻辑控制、中断信号控制、1Ms320vc33程序引导装载的逻辑控制等。2系统的中断控制时序逻辑设计TMs320vc33上电复位后的系统软件流程图如图2所示。TMs320vC33的四个外部可屏蔽中断的优先级顺序从高图2DSP上电复位后的系统软件流程图到低排列依次为/INT0.>/INTl.>/INT2.>/INT3。整个系统工作F逗.2Systcmso脚’arenowch矾afterDSP在中断模式下,外部中断/INT0和/INT2分别由ADs8365和poweron锄dres吐XC2s30产生。ADs8365的转换结束信号/EOC经过有效判读后产生外部中断/INT0,使1Ms320Vc33从两片ADS8365中读取数据。xC2S30通过在固定时间点上产生外部中断m盯2,定时将TMS320VC33解算处理后的数据送入XC2S30的内部FIFO中【6】。2.1ADS8365中断控制时序逻辑设计mqT0中断控制时序仿真图如图3所示,图中,“coc”为ADs8365的转换结束信号/Eoc,“intcmlption”为外部中断/INTO。系统中使用两片ADs8365,采样转换结束后每片AD都会产生一个转换结束信号/EOC,每个/EOC信号又是由三个低脉冲信号组成(ADs8365有6个模拟输入通道,分为A、B、c三组,每组包括2个通道;当六通道同时工作时,万方数据276中国惯性技术学报第16卷就会在/EOC管脚产生三个低脉冲信Ref:匦歪二]圈"Sine:匝至二]Interval匝匠二]号)。为了保证争fe¥etTMS320VC33能■卜elk咖肌姗0删叽硼咖咖肌舳咖咖咖肌朋咖肌胴咖0哪叭肌0肌唧叽朋0舢咖咖叭衄嘲叭胴咖删0哪唧唧0肌删栅肌■-h-IOLDX够准确、同步、可i-cogI厂]厂]l靠地从两片AD中■》interruption矽COLInt|_——HOx1x2犯髅x6弦x8x9x^靼X!鞭X!X!X!读取数据,系统只对一片AD¥8365图3/INT0中断控制时序仿真图的/EOC信号作中Fig.3Simulationdiagramof/INT0interruptcontroltiming断判读。当判读到该/EOC信号有三个低脉冲时,认为A/D采样转换结束,通过计数器做短暂的延时后向TMS320VC33发出中断请求信号/INT0,TMS320VC33将两片ADS8365的共32Bits位数据读入其内部RAMd尸17]。通过XC2S30对/EOC信号的有效判读,就简单而有效地保证了TMS320VC33的准确、快速读数。2.2XC2S30中断控制时序逻辑设计系统的采样率为20kHz,即一个采样周期的时间为50ps。ADS8365完成一次模数转换的时间(Conversiontime)为3.2us,再加上对转换结束信号/EOC的判读延时等,TMS320VC33能够在4ps内将两片ADS8365的数据读入。经测试,数据处理和导航解算算法等所需的总时间小于25使TMS320VC33将slan:1—0.0n二,]Ips。综上所述,设计中XC2S30在每个采样周期的第35IntoneaI:[—60,O—us]Jps产生外部中断/INT2,mEnd:1—60.0u¥—J解算处理后的数据送入XC2S30的内蜘reset01部FIFO中。m盯2翻-clk妒hold聊眼8¨姗l哪唧啪肌I唧哪唧唧哪棚删Ⅲ哪朋唧I¨姗唧啪唧I哪唧硼唧唧硼m啊唧硼唧姗l哪瑚删聊聊耵中断控制时序仿真妒INT2UU1U图如图4所示,图图4/INT2中断控制时序仿真图中,“hold”为Fig.4Simulationdiagramof/INT2interruptcontroltimingADS8365的转换控制信号,“INT2”为外部中断/INT2。3系统中数据的读、写设计由于惯性导航系统对数据的采集、处理、存储的实时性要求非常严格,本系统选用了采集处理与存储相对独立的数据读、写设计方案,即TMS320VC33在完成数据的采集和处理后,定帧头:标志位导航解算数据时问位时将固定帧格式的导航解算数据写入XC2S30内部的容量为1K图5导航解算数据帧结构Fig.5Dataframeslructureofnavigationandresolving×8BitFIFO中。XC2S30对内部FIFO做容量判断后,将数据写入1G×8Bit的K9K8G08UOM中。系统使用的导航解算数据帧结构如图5所示。3.1TMS320VC33的数据读、写设计1Ms320vc33是系统的运算和处理核心,它从ADS8365中读取数据,处理后送入XC2S30的内部FIFO。对ADs8365读数信号和XC2S30内部FIFO的写数信号均由TMS320VC33的读写信号R/W、外部设备选通信号/STRB和复位信号RESET组合产生。TMS320VC33对ADS8365的读数逻辑:/I①=R/W+/STRB+RESET(低电平有效)TMS320VC33对XC2S30内部FIFO的写数逻辑:/WR=R/W+/STRB+RESET(低电平有效)ADS8365的RD管脚每接收到一个宽度大于70US的低电平,就会立即将数据送到数据总线。当六通道同时工作时,TMS320VC33就会同时向两片ADS8365发出六个宽度大于70ns的低电平,每次从32Bits数据总线上读回两片ADS8365的数据,六次读操作即可取回12路模拟信号的量北后的数字量。系统中使用XC2S30内部的容量为IKX8BitFIFO。当FIFO的写信号/wrfifo信号为低时,XC2S30就会将数据总线的8Bit数据压入FIFO,该/wrfifo信号就是由TMS320VC33的读写信号R/W、外部设备选通信号/STRB和复位信号RESET组合产生的写数逻辑信号/WR提供的。万方数据第3期3.2李杰等:小型惯导系统数据实时采集处理与存储设计”7XC2S30对K9K8G08UOM的写数据设计XC2S30XC2S30对K9K8G08UOM的操作是从擦除命令开始,通过对K9K8G08UOM的擦除操作,保证存储器中的数据为本次操作所采集的实时数据。系统上电后,XC2S30自动执行对K9K8G08UOM的擦除操作。擦除块时,每擦除1块,rowadd加l,若擦除不成功,会把块地址标记下来。完成擦除操作后,等待采集启动信号。触发启动信号后,XC2S30开始向K9K8G08UOM写入数据。写FLASH时,要满足三个条件:①FLASH片选有效;②FLASH页编程的命令字和地址都写入FLASH;③满足FIFO存储状态判读条件。三个条件同时成立,才能从FIFO中读取数据;读出2048个字节(1页)的数据后,把页编程命令字“10H”写入FLASH,完成一片FLASH的写操作。在FLASH的写入操作时,每完成一块FLASH的编程,要判断下一块是不是块擦除操作不成功的块地址,若是,跳过该一tPROG-70吣(max),㈣G=300脚E≮:凤拗八小八/-,,、h厂—一块;若不是,继续进行该块的编程,.—、“。_一操作。XC2S30对K9K8G08UOM的写数据时序图如图6所示【8】,其中,ICE\ps(typ),tWC=50as。r1丝竖—————_弋;设计中,要特别注意对FIFO~‘——r寸———————卞—————————一存储状态判读条件的设置。如果设入FLASH'就会造成系统在自动掉R佃电后,部分写入XC2S30内部FIFO中的数据没有及时写入FLASH,进而造成数据丢失。建议将FIFO存储状态判读条件的设置为1个字.垃nT,n小几商一茸将士甚潍厶许将数据写入FLASH,从而保证系统在自动掉电前,能将数据全部存入FLASH。4置F—Fo中有-K数据后才将数据写∞x二二《三)@矗×基≥g五×蚕委—Ⅸ:二延至≥<匝互卜一枷‘_I______·-_-_-___’-·__·_______·l二二五正’÷——______-—__-_。‘‘。—:。'0竺■,/『X/E(FFIFo)i一ln/,”。。。。。。一节,即FIFo中只要有数据,就允(FIFO)——————————————飞/_——————一/REN、,RDY—————————————一厂一/i\图6XC2S30对K9K8G08UOM的写数据时序Fig·6TimingofwritingdataforXC2S30}一to/K9K8G08UOM结束语本系统以TMS320VC33为运算和处理核心,以XC2S30为数据存储和系统时序逻辑控制核心,完成了对导航数据的实时采集、处理和存储,满足了某型火箭弹飞行过程中对导航解算数据的实时采集处理与存储的需求。该系统设计简洁,实时性好,功耗小,精度高,体积小,具有很强的通用性与可扩展性,非常适用于组合导航、惯性导航等多通道同步实时数据采集处理与存储系统,在工程上具有一定的参考价值。参考文献(References):【l】BernsteinJ.AnoverviewofMEMSinertialsensingtechn0109y[J].Sensors,2003(2):11.【2】王春陵,华克强,孙淑光.基于MEMS技术的组合导航系统在空地制导武器中的应用叨.中国惯性技术学报,2007,15(3):278—281.WANGChun—ling,HUAaerial-to-groundguidanceKe-qiang,SUNShu—guang.ApplicationofMEMS—basedintegratednavigationsysteminweapon[J].JournalofChineseInertialTechnology,2007,15(3):278—281.【3】汪兆锋,蔡体菁.带大容量存储的DSP并行处理系统的硬件设计【J】.仪器仪表学报,2004,25(4):289—290.WANGZhao-feng,CAIJournalofScientificTi-jing.HardwaredesignofDSPparrallelInstrument,2004,25(4):289—290.S,E1.SheimyN.Aconstructiveandprocessingsyste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作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

李杰, 马幸, 刘俊, 张文栋, LI Jie, MA Xing, LIU Jun, ZHANG Wen-dong电子测试技术国防重点实验室,中北大学,电子科学与技术系,太原,030051中国惯性技术学报

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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zggxjsxb200803004.aspx

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