基于FPGA的異構多處理器導航計算機設計探究

吳玉龍

（南京磐能電力科技股份有限公司 江蘇 南京 210031）

引言

慣性技術在運動過程中進行導航技術，實際工作中慣性導航技術不能依靠在外界前提下完成，導航工作，在實際工作過程中，不能夠向外界頻繁的發射其他種類的信號，而且發射出來的信號有一定的隱蔽性。導航系統工作過程中由于慣性系統的優勢。在許多行業上廣泛應用。導航計算機是慣性導航的核心，主要工作內容為信息采集、數據處理、數據輸出等隨著慣性導航和計算機技術不斷發展，基于FPGA處理器系統性能得到提升和發展。

1 設計需求分析

慣性導航自身優勢十分明顯，主要是其具備的嚴格的自主性、隱蔽性、干擾性、而且系統速度位置信息通過加速度，使得重要的信息在積分運算中得到，但是需要注意，系統工作時間不能夠過長，長時間的導航任務，需要降低對慣性精度要求，而且需引進其他硬件科研設備輔助工作進行，降低系統價格提升對，慣性器根據自身要求，對慣性導航進行調整，慣性導航系統在實際工作中分成不同的類型，根據坐標系建立情況和環境有著巨大差異，工作人員需根據實際情況，對慣性導航進行調整，避免其在使用和運行過程中受到外界環境的影響，空間穩定水平和和本地水平存在兩種不同的方式，在地球自傳等多方面影響前提下，需應用計算機硬件來對導航工作進行補償，本地水平平臺式的特點是：主要是在應用過程中根據重力加速度等其他特點，進行使用和應用，平臺式慣性導航系統工作中，往往需根據硬件條件的運行情況來決定后續設備的使用情況。輔助設備特備多[1]。

2 導航計算機硬件設計

2.1 處理器系統設計

處理器系統包括ARM處理器、DSP處理器，ARM處理器和DSP處理器外部儲存接口連接在FPGA系統應用過程中，通過兩種網絡接口進行穩定控制連接，ARM處理器在使用過程中，將不同的處理端口進行連接，而且實際應用過程中，通過DSP處理器的啟動，將兩種處理程序進行有效加載[2]。儲存器設置，組合計算機框圖，有利于提升計算器儲存功能使用。使用中可以看出，系統導航儲存器主要分成三種，分別為ARM、DSP處理器在運行過程中，需要嚴格遵守其使用限制。共享儲存器需要在FPGA中實現存儲器接口控制，動態存儲器接口控制相對而言比較復雜。SDRAM儲存器是一種動態隨機儲存器，容量為256MB，環保封裝綠色無污染，儲存深度為8M。FLASH儲存器容為2MX16bit，工作電壓為3V，擦寫次數為100000次，儲存時間為22年。

2.2 FPGA設計

導航計算機中，技術人員根據自身工作能力需要完成處理器相關設備之間的接口交集，同時在使用過程中，通過不斷的調整和研究，提升導航計算機的使用范圍，提高應用人群的針對性。三個處理器的外部儲存器接口，用于參數儲存器的FLASH、硬件設備對I/O數量要求也比較高，數據共享的SRAM等儲存器需連接FPGA。FPGA主要設備和信號線包括ARM處理器外部儲存接口，最常見的FPGA架構由一系列的用來實現應用程序的可配置邏輯塊（LAB），多是同步電路，需要一個全局時鐘信號，驅動整個系統上的信號同步和操作的時序。一個復雜的設計包含多個時鐘，因此需要內部全局時鐘通過不同頻率和相位的變換，產生單獨的時鐘域。HDL語言適用于自頂向下的設計，支持模塊化編程，不隨芯片的工藝布局變化而變化，程序的復用性和可移植性較好。而原理圖輸入在EDA軟件上繪制特定功能的電路圖實現，在頂層設計、手工優化電路方面有節省資源、圖形界面強的特點。對于系統接口電源、DSP和ARM處理器接口電源，系統對3.3V電源總電流需求不高，所以使用LDO型電源轉換芯片。

3 導航計算機軟件設計

完整的FPGA設計流程包括設計輸入，綜合，轉換，映射，布局布線，生成配置文件以及下載和調試等步驟。為了能夠提升導航計算機的應用價值，設計內容一直伴隨著仿真，包括行為和功能仿真，門級仿真，時序仿真，系統內部驗證等。多信息組合導航技術發展，導航計算機軟件對等待CPU、I/O設備內存空間等系統資源，實際應用過程中，不同用戶所呈現的工作狀態有著極大的差別，為了滿足社會發展需求，在實際工作中，需通過硬件設施優化，從而改善整體行業的工作方式。而導航計算機，在實際使用中，經常會遇到需要將某個BUFG上的時鐘信號通過系統普通輸出。在編譯器map的過程中就會出現錯誤，為避免這種情況發生，需提示規避錯誤的方法，就是在約束文件中加上一條約束，而一個用戶任務能夠有多種運行狀態，懸置態、就緒態、休眠態、延遲態。一個任務首先是等待其他任務釋放信號量，在部分代碼中，函數創建了二進制信號量，將DSP給ARM處理器中斷和中斷程序相關聯。

4 結束語

針對基于FPGA的異構多處理器導航計算機設計進行深入探究，工作人員需認識其存在的問題，并在實際設計工作中提出針對性的解決辦法，在不同處理器下的異結構導航計算機，需通過實驗方式提高系統實用性，提高相應工作效率。