铁电存储器在捷联惯性导航系统中的应用研究

2019-07-10陈令刚陈鸿跃段祉鸿朱曦曼

中国设备工程 2019年11期

陈令刚，陈鸿跃，段祉鸿，朱曦曼

（北京航天发射技术研究所，北京 100076）

捷联惯组上电初始化时需要读取内部存储器上的大量惯组参数，参数数量多达上千个，而当采用参数三取二模式时，读取参数次数甚至高达数千次。目前，捷联惯组系统一般采用支持I2C总线的EEPROM存储芯片，该芯片读写速度较慢，导致捷联惯组上电初始化过程中在参数读取阶段耗费时间较长，这无法满足新产品对捷联惯组就绪准备时间短的要求。因此，提高捷联惯组内部参数读取性能十分必要。

近年来，铁电存储器（FRAM）技术得到了飞速发展，其特点是速度快，能够像RAM一样进行操作，读写功耗极低，成为EEPROM存储器的理想替代芯片，本文采用了铁电存储器作为某惯组系统内部参数的存储器，使惯组系统上电初始化时间大为缩短，实现了惯组系统上电初始化的快速性要求。

1 相关硬件组成

捷联惯组初始化参数主要是通过惯组内部主控计算机板完成，而与参数读取相关的主要芯片包括DSP芯片（TMS320C6674）、FPGA芯片（XC3S1400AN）以及FRAM芯片（FM25V20），具体连接关系，见图1。

1.1 TMS320C6674

TMS320C6674是德州仪器公司推出的一款多核DSP，内核共有4个，主频最高达1.25GHz，同时支持定点与浮点运算，片上资源丰富，并且支持扩展片外DDR3。

1.2 XC3S1400AN

XC3S1400AN是赛灵思公司推出的一款140万门FPGA芯片，与TMS320C6674通过EMIF接口实现连接，通过SPI总线与FM25V20实现连接。

1.3 FM25V20

FM25V20芯片是赛普拉斯公司推出的一款内含256K×8Bit、极低功耗的存储芯片，可擦写100兆亿次以上，数据保存年限为151年，双线串行接口，支持I2C总线协议。

图1 参数存取主要芯片连接示意图

2 FRAM参数存取

2.1 初始化参数

捷联惯组初始化参数主要包括陀螺修正模型参数、石英加速度计修正模型参数、刻度系数参数、零位参数、温度补偿参数、自标定修正参数、系统级标定参数、Kalman滤波参数等。通过统计，目前这些参数的总个数已经达到了1210个，由于参数读取采用了三取二模式，因此初始化参数读取次数最高达到1210×3（次），对于原有EEPROM存储器，读取一个参数一般需要延时10～15ms，捷联惯组初始化过程读取所有参数则需要大概50s左右。然而，FRAM存储器操作频率最高达40MHz，读取或写入可以跟随总线速度，因此，采用FRAM存储器则可以大大降低初始化参数的读取时间。

2.2 参数读取

捷联惯组上电后，初始化过程中当读取FRAM参数时，严格按照FRAM芯片的读取流程进行操作，操作步骤如下：判断状态寄存器是否就绪；赋值地址长度寄存器；赋值地址寄存器；命令寄存器赋值0xda；判断状态计算器是否就绪；从读数据寄存器逐字节读取数据；复位寄存器写入复位指令0xff。具体流程图参见图2所示。

图2 FRAM参数读取流程图

2.3 参数写入

捷联惯组在工作过程中，当需要对FRAM上的参数进行更新时，严格按照FRAM芯片的写入流程进行操作，操作步骤如下：（1）判断状态寄存器是否就绪；（2）赋值地址长度寄存器；（3）逐字节将待写数据赋值给写数据寄存器；（4）地址值赋值地址寄存器；（5）命令寄存器赋值0x5a；（6）判断状态计算器是否就绪；（7）复位寄存器写入复位指令0xff。具体流程图参见图3所示。