GPS軟件接收機信號實時接收與傳輸技術(shù)

1、gps軟件接收機信號實時接收與傳輸技術(shù)2010-09-14 18:47:25 摘要 基于gp2015射頻芯片和tms320c6713 i)sp處理器，提出了一種gps軟件接收機信號實時接收及傳輸?shù)幕痉桨?。介紹了射頻前端的基本構(gòu)造以及它與dsp進行高速實時傳輸?shù)慕涌诜桨福⑶抑攸c描述了一種基于edma數(shù)據(jù)傳輸方式的實現(xiàn)及完整的軟件設(shè)計流程。本方案利用edma在cpu后臺高效地實現(xiàn)存儲空間的數(shù)據(jù)搬移，減少對cpu的使用，提高了平臺運行速度，滿足gps軟件接收機高速實時性要求。引 言近些年來，gps全球定位系統(tǒng)在城市交通、導航、氣象、土地測量測繪以及*現(xiàn)代化建設(shè)等各個領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用。相較于

2、傳統(tǒng)的gps接收機射頻前端和信號處理部分由專用芯片來實現(xiàn)，軟件接收機以fpga、dsp等硬件平臺作為基礎(chǔ)，將gps信號量化成數(shù)字信號，通過可移植的軟件算法來實現(xiàn)各種功能。在gps軟件接收機中，經(jīng)射頻前端(rf)將高頻衛(wèi)星信號3級下變頻至中頻信號，再交由dsp進行基帶算法和導航解算處理。接收機對信號接收和傳輸?shù)倪B續(xù)性和實時性要求很高。ti公司c67系列的dsp具有豐富的外設(shè)，其中增強型直接存儲器訪問(edma)和多通道緩沖串口(mcbsp)是其無需cpu的參與就能夠完成gps衛(wèi)星數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)。1 信號接收及傳輸方案本系統(tǒng)采用tms320c6713 dsp作為系統(tǒng)的核心處理器。射頻前端選

3、用zarlink公司的gp2015芯片完成信號的相關(guān)濾波、下變頻以及ad采樣。在gp2015和dsp之間采用1片fpga芯片eplc3t144c8n進行相關(guān)的邏輯控制，如圖1所示。接收機天線接收端的衛(wèi)星信號功率約為2710-6w，信噪比較低，必須先經(jīng)過由有源天線和射頻濾波器組成的前置濾波器模塊，對頻率為1 57542 mh2的l1波段信號進行濾波，去除噪聲及其他干擾。射頻前端芯片選用zarlink公司的gp2015，一款針對gps接收機的主流芯片。芯片本身使用溫補晶振，通過14 ghz的pll環(huán)路，產(chǎn)生3路本地載波信號對天線接收的高頻信號實現(xiàn)3級變頻：1 57542 mhz17542 mhz3

4、542 mhz4309 mhz，最后對4309 mhz的模擬信號用5714mhz的采樣頻率進行ad轉(zhuǎn)換得到sign、mag兩路信號，其中心頻率落在1405 mhz上。dsp使用mcbsp接收2路信號，再通過ei)ma從mcbsp的接收寄存器中取得數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)存至指定外部存儲器，以供cpu調(diào)用處理。2 dsp 硬件設(shè)備設(shè)置21 mcbsp設(shè)置tms320c6713提供2個mcbsp端口，可以與工業(yè)標準的編解碼器、aics(模擬接口芯片)以及其他串行ad、da接口實現(xiàn)全雙工串行通信。mcbsp提供了雙緩存的發(fā)送寄存器和三緩存的接收寄存器，允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳輸。mcbsp通過7個引腳(dx、dr、clk

5、x、clkr、fsx、fsr和clks)與外設(shè)接口。在接收gps信號的時候，dr引腳上接收到的數(shù)據(jù)首先進入接收轉(zhuǎn)移寄存器(rsr)，然后被復制到接收緩沖寄存器(rbr)，rbr再將數(shù)據(jù)復制到數(shù)據(jù)接收寄存器(drr)中，等待edma控制器讀取。gps軟件接收機不需要向前端發(fā)送數(shù)據(jù)，所以發(fā)送功能不作介紹。信號傳輸?shù)牟僮饔纱锌诳刂萍拇嫫鱯pcr和引腳控制寄存器pcr來決定。接收控制寄存器rcr設(shè)置接收的各種參數(shù)，如幀長度等。信號在mcbsp中傳輸時需要提供同步時鐘以及幀同步信號，它們既可以由內(nèi)部采樣速率產(chǎn)生器。產(chǎn)生，也可以由外部脈沖源驅(qū)動。在本文介紹的方案中，射頻前端的sign和mag信號的時鐘c

6、lk由fpga提供。gp2015的lvds接口產(chǎn)生差分信號，與同樣具有l(wèi)vds接口的alt。era公司的fpga芯片eplc3t144c8n接口，由fpga通過對輸入的40 mhz的差分信號進行7分頻，得到5714 mhz的時鐘并提供給gp2015及dsp分別用作中頻采樣時鐘信號和mcbsp的外部時鐘信號。同時再對5714 mhz信號進行一次32分頻，提供給dsp處理器的mcbsp0、mcbsp1用作幀同步信號。系統(tǒng)接口的示意圖和相關(guān)信號的時序圖如圖2、圖3所示。22 edma設(shè)置tms320c6713的edma控制器提供16個增強通道，各通道之間彼此獨立。在沒有cpu參與的情況下，edma控

7、制器可以在后臺完成片內(nèi)存儲器和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)搬移。它由以下幾部分組成：事件和中斷處理寄存器、事件編碼器、參數(shù)ram、地址硬件發(fā)生器。其中事件寄存器完成對edma事件的捕獲控制，事件產(chǎn)生同步信號觸發(fā)edma通道開始數(shù)據(jù)傳輸；edma的參數(shù)ram存放有與事件相關(guān)的傳輸參數(shù)；地址硬件發(fā)生器產(chǎn)生emif與外設(shè)之間讀寫操作所需的地址信號。edma的16個通道共享1個中斷信號edma_int，當edma完成1次傳輸任務(wù)，可觸發(fā)edma中斷。tms320c6713的edma的參數(shù)ram包括6個字，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。在opt中，用戶可以通過對各個位置“0”或“1”來設(shè)置事件優(yōu)先級別、數(shù)據(jù)單元大小、源地址目的地

8、址變更模式、傳輸結(jié)束代碼、是否使能鏈接(1inking)功能、同步傳輸方式等。3 乒乓緩存實時傳輸31 傳輸分析gps軟件接收機通過mcbsp端口接收信號，將衛(wèi)星數(shù)據(jù)保存在指定映射的存儲器中，隨后edma通道搬運數(shù)據(jù)至片內(nèi)l2緩存以供cpu提取并處理。l2緩存有cpu一半的時鐘速度，cpu處理數(shù)據(jù)速度較塊。cpu數(shù)據(jù)處理必須與edma數(shù)據(jù)傳輸保持同步，也就是要保證在cpu訪問之前edma把數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄彌_區(qū)中。但是受片內(nèi)二級存儲器容量和數(shù)據(jù)實時性的限制，會面臨這樣一個問題：后寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)可能會覆蓋先期寫入但尚未處理的數(shù)據(jù)。為此，需要在l2緩存開辟2對乒乓緩存(ping-pong buffer

9、)，分別接收gps的sign和mag信號，并利用edma的多組參數(shù)鏈接功能，根據(jù)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)奶攸c，對edma參數(shù)ram進行設(shè)置。以接收sign信號為例，首先開辟1個edma通道1，它的觸發(fā)事件設(shè)為mcbsp0的傳輸。入口參數(shù)0pt設(shè)置為一維單幀傳輸，采用讀寫同步方式，數(shù)據(jù)單元長度為32位，源地址固定不變，目的地址按1個數(shù)據(jù)單元長度遞增，并使能鏈接功能。src設(shè)為mcbsp中drr2的映射地址，：dst設(shè)為pingbuffer的首地址，elecnt設(shè)為緩沖區(qū)的大小，frmcnt、frmidx、eleidx、elerld均設(shè)為0。隨后再開辟2路空閑的edma通道通道2和通道3，它的設(shè)置和之前相同，只是在dst目的地址處分別指向pongbuffer和pingbuffer。隨后將edma通道1的鏈接地址link指向通道2，通道2的link地址指向通道3，通道3的鏈接地址指向通道2。mag信號的edma鏈接功能和乒乓緩沖的配合設(shè)置相同，不再描述。乒乓緩存的相關(guān)設(shè)置如圖5所示。32 程序設(shè)置利用edma和mcbsp實時傳輸gps信號的程序在ccs33環(huán)境下進行編寫和調(diào)試，結(jié)果證明數(shù)據(jù)傳輸正確無誤。