[发明专利]一种基于FPGA的导航计算机协处理器

摘要

本发明公开的一种基于FPGA的导航计算机协处理器，完成高精度惯性测量单元IMU信号的实时采集与处理、导航参数及外部指令的双缓冲、全双工异步串行通信。本发明完成的FPGA协处理器克服了传统嵌入式导航计算机在体积、开发复杂度及通用性上的不足，其与主处理器之间任务分配均衡，接口关系清晰，大大提高了导航计算机开发的灵活性和通用性，降低了导航计算机系统软件开发的复杂度。

主权项

一种基于FPGA的导航计算机协处理器，其特征在于实现方式如下：FPGA协处理器完成IMU信号的采集控制和处理，并将IMU信号发送至主处理器；主处理器根据FPGA发送的IMU信号完成导航计算，并将导航计算的导航参数通过FPGA协处理器发送至主控计算机及其他外设；主控计算机及其他外设通过FPGA将控制指令及辅助信息发送至主处理器；FPGA协处理器控制模数转换单元完成IMU信号的模数转换，将多路IMU模拟信号转换为数字信号；IMU信号包括3路高精度光纤陀螺信号、3路高精度加速度计信号、1路温度信号，对应的模数转换器路数为7路；其中FPGA协处理器包括：IMU信号采集模块、IMU信号处理模块、通信协议设置模块、发送缓冲模块、接收缓冲模块、异步串行收发模块；IMU信号采集模块对模数转换器进行初始化，将7路模数转换器进行同步，并设置一定的模数转换频率；IMU信号采集模块查询其中1路模数转换器的转换状态，当查询到模数转换完毕后，产生取数时序，得到7路模数转换器的数字信号，并送往IMU信号处理模块；IMU信号处理模块对7路模数转换器的转换数据进行二阶IIR低通数字滤波处理得到滤波后的IMU数字信号，并产生与模数转换频率相等的导航计算时标用以触发主处理器外部中断，主处理器在中断服务程序中产生地址信号及读信号，一次读入模数转换完毕的IMU数字信号，完成导航计算，并进行导航计算时标的对准；通信协议设置模块对异步串行通信的波特率及奇偶校验进行设置；发送缓冲模块对主处理器导航计算完毕准备发往主控计算机及其他外设的导航参数进行缓冲，并等待异步串行收发模块完成并串行转换；接收缓冲模块对由异步串行收发模块完成串并转换的来自主控计算机及其他外设的串行指令及辅助参数进行缓冲，等待主处理器的读取；异步串行收发模块将发送缓冲模块中主处理器向主控计算机和其他外设之间发送的导航参数进行并串行转换后发送至主控计算机和其他外设；并将接收到主控计算机和其他外设发送至主处理器的异步串行数据进行串并行转换送至接收缓冲模块。