多通道卫星信号跟踪设计及其硬件实现

2010-06-13刘智超

科技传播 2010年19期

关键词：下变频寄存器中断

刘智超

陕西凌云科技有限责任公司，陕西西安 710119

多通道卫星信号跟踪设计及其硬件实现

刘智超

陕西凌云科技有限责任公司，陕西西安 710119

在设计卫星导航接收机时，需要同时对多颗卫星实时跟踪才能获得最终的导航结果，这就要求对每颗卫星都要有一个处理通道。本文提出了一种在FPGA和DSP的硬件开发平台上设计多通道跟踪环路的方法，以及设计中断控制器来实现FPGA和DSP数据交互接口，从而实现卫星信号的跟踪。

多通道；卫星信号；跟踪；中断

0 引言

中频模拟信号经过A/D采样后将数字信号送入FPGA进行基带数字信号处理，在FPGA和DSP内完成数字下变频、捕获、码跟踪、载波跟踪等过程，最终实现卫星信号的解扩解调。在实际应用中，需要设计多个通道对多颗卫星同时进行跟踪，才能获得解算结果。

1 硬件设计

硬件平台用FPGA芯片和DSP芯片作为主处理器，主处理器之间可以互相通信。经过AD采样后的信号直接进入FPGA，此后所有对信号的处理均由软件来实现。如此可以充分利用FPGA和DSP的重复烧写及在线调试能力，尽量减少对其他硬件的依赖程度，从而增加了平台的灵活性。另外，每片DSP都外接了Flash和SDRAM。由于Flash掉电数据不会丢失，可以在Flash内保存程序及数据，而外接的SDRAM是DSP的扩展Ram，当DSP运行大型程序以致DSP的内部Ram不够用时，可以将程序放到外接的SDRAM内运行。

2 软件设计

信号处理模块框图如图1所示，捕获模块和通道的跟踪环路占用FPGA和DSP。整个跟踪环路包括五个部分：FPGA内的下变频模块，通道模块，通道控制器和DSP接口模块，以及DSP内的码环、载波环。

AD采样后的信号首先进入数字下变频模块，下变频输出的基带I/Q信号直接进入捕获模块和各个通道（跟踪模块）。各个通道的数据通过DSP接口被送到DSP，DSP和FPGA之间的数据传输通过中断的方式来完成。DSP完成鉴频鉴相及滤波运算后将结果反馈回FPGA。图中各个通道通过通道控制器共用一个捕获模块。

3 多通道设计

多通道的设计总体包括两个部分：多通道的控制和各个通道数据的传输。一种简单的多通道控制方法就是采用多个并行通道的设计，各个通道有各自独立和完全一样的功能模块，包括捕获模块，这种并行结构的设计不需要额外的通道控制逻辑，各个通道独立工作，不受干扰，尤其在捕获时各个通道可以同时工作，减少捕获时间。但是这种方法需要很大的硬件资源，尤其是在捕获算法很复杂时，捕获模块的资源占用最大。因此，在硬件资源有限的条件下，这种方法资源分配的不合理性使得实现这种结构不实际。在实际设计时，由于捕获模块需要占用整个FPGA的资源，因此只能采用捕获模块共享的结构，如图1所示，各个通道通过一个通道控制器共用捕获模块。这种结构下，各个通道的捕获是串行的方式，因此捕获时间为并行结构的N倍。

4 中断处理设计

由于跟踪环路的鉴频鉴相算法都是在DSP内运行，因此FPGA需要将通道的累加值及时发送到DSP，DSP运算结束后又需要及时将结果反馈回FPGA，这个过程需要用中断的方式来实现。传统的中断处理方法分为独立请求法、菊花链法和软件轮询法3种。独立请求法的方式给每个设备一个中断请求线，当有几个设备同时请求时，经判优逻辑选择一个优先级最高的中断请求，并形成对应的中断向量，通过数据总线送到处理器。菊花链法和软件轮询法都只需要一个中断请求线，处理器检测到中断请求信号后，根据优先级，分别通过硬件和软件的方法来选择中断请求设备。本课题选用的DSP处理器只有4个外部中断，而FPGA共有多个通道。因此，给每个通道分配一个中断请求线的方法不可行。另外，多个通道的数据到达时间间隔虽然固定，但是各个通道之间的数据到达时间并没有固定关系。综合考虑，本课题采用每个通道在积分累加结束后将累加值存入对应的相关峰值寄存器，DSP每隔时间T响应中断，并读取多个通道的相关峰值，运算结束后依次写入FPGA内的反馈寄存器。相关峰值寄存器的更新率和中断速率相同，但是两者并不同步；另外12个通道的数据更新也不同步。这里相关峰值寄存器组有类似双口Ram的功能，所不同的是该寄存器组的所有寄存器可以同时写入数据。