以SoC FPGA为设计平台的北斗卫星信号跟踪算法的设计.docx
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【SoC FPGA 设计平台与北斗卫星信号跟踪算法】 全球导航卫星系统(GNSS),包括中国的北斗卫星导航系统(BDS),对国家安全和经济发展起着关键作用。随着BDS的快速发展,研究基于BDS的卫星导航接收机设计变得至关重要。在这样的背景下,SoC(System-on-Chip)FPGA(Field-Programmable Gate Array)因其高集成度和灵活性,成为设计卫星导航接收机的理想选择。 SoC FPGA 结合了通用处理器、ASSP(Application Specific Standard Product)和DSP(Digital Signal Processing)功能的IP核,能够处理复杂的计算任务,尤其适用于卫星信号跟踪算法。随着半导体技术的进步,SoC FPGA 的应用范围持续扩大,单芯片化、高集成度的接收机设计成为未来趋势。 在本文中,作者使用Intel的28nm工艺Cyclone V5C SEM5F31C6NSoC FPGA作为设计基础,构建了一个包含QsysSystem和FPGASystem两大部分的硬件系统。QsysSystem是嵌入式系统,主要由以下组件构成: 1. clk_0:提供外部时钟和复位输入,为PLL和系统提供时钟源。 2. pll_0:锁相环(PLL)产生多个时钟信号,供系统不同部分使用。 3. sdram:控制外部SDRAM,作为Nios II Gen2 Core的内存。 4. epcs:管理外部Flash,作为程序存储器。 5. jtag_uart_0:连接至PC的Eclipse SBT调试端口,用于程序监控和调试。 6. sysid:确保软件与Qsys系统版本匹配。 7. timer_0:提供时钟并用于测试程序运行时间。 8. led:控制6个LED,显示系统运行状态。 9. clock:跨时钟域的数据传输桥梁。 10. init5/6:中断控制器,接收来自FPGASystem的中断信号。 11. afloat:浮点运算硬件加速,提升Nios II Gen2 Core的计算能力。 12. soc_to_fpga_v2_1_0:作为FPGASystem与QsysSystem之间的数据通信接口。 13. hps_0:高性能系统(HPSSystem),用作后期定位解算和图形界面的主CPU,并配置了Linux支持的外设。 14. nios2_gen2_0:作为基带信号处理系统的主CPU。 15. dual_ram:双端口RAM,用于HPS和Nios II Gen2 Core之间的数据通信。 通过这样的系统设计,可以实现高效的北斗卫星信号跟踪算法。Nios II Gen2 Core作为主CPU处理基带信号,而FPGASystem则执行特定的硬件加速任务,如浮点运算和中断处理。此外,通过Dual-port RAM和SoC_TO_FPGA_V2_1_0接口,实现了CPU与FPGA之间的数据交互,确保了卫星信号的实时跟踪和处理。 本文详细介绍了基于SoC FPGA的北斗卫星信号跟踪算法的设计,涵盖了硬件系统的组件、功能及相互关系,展示了SoC FPGA在卫星导航接收机设计中的优势和潜力。这样的设计不仅提高了系统的性能,还降低了成本,是实现高性能、低功耗北斗导航接收机的关键步骤。
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