基于USB接口的激光陀螺惯导系统数据通讯

　　激光陀螺作为捷联惯性导航系统的核心器件，其性能远优越于传统的机电陀螺，已广泛应用于海、陆、空、天等军用和民用导航领域。

　　在激光陀螺捷联惯导系统中，惯性仪表(激光陀螺和加速度计)直接“捆绑”在载体上，所承受的力学环境要比平台恶劣。在某些军用环境所要求承受的强烈振动条件下，由于惯性组合体在力和运动的激励下产生多项误差，系统姿态和位置误差增长较快。研究表明，这些误差项有一部分具有较好的补偿性，可以通过误差补偿减小或消除部分误差，从而提高系统在强振动下的精度。这就需要将惯性仪表在振动环境下的输出数据高速采集并保存下来，然后在PC机上进行离线仿真以确定和分离各项误差系数。由于数据量庞大，无法直接存储在导航计算机中：例如以8 kHz对惯性仪表输出进行采样，每秒的数据量约为200 K字节。而原有捷联惯导系统采用RS422接口与外部通讯，其最大波特率为1 M。不足以将高速数据传送给PC机保存下来。因此，有必要在导航计算机外围扩展更高速的USB接口，以实现导航计算机和PC机之间的高速通讯。USB接口(Universal Serial Bus)是一种通用的高速串行通讯接口。USB2.0理论传输速度可达到480 Mb/s，可以很好地解决数据在惯导系统与PC机之间的高速互传问题。

　　1 激光陀螺捷联惯导系统的USB接口设计

　　1.1 USB接口芯片CY7C68013A

　　CY7C68013A是CYPRESS公司最新推出的USB2.O控制器，它既负责USB事务处理也兼具微处理器的控制功能，还可作为USB外部芯片的主控芯片，其小巧的体积及较高的性价比使得该芯片在各种USB设备上得到了广泛的应用。该芯片包括带16KB片上RAM的高速8051单片机、4KBFIFO存储器以及通用可编程接口(GPIF)、串行接口引擎(SIE)和USB2.0收发器，6条可编程控制输出线，9条地址输出线和6条通用的准备输入线。数据线宽度可设为8位也可设为16位，方便与不同的CPU接口。图1是CY7C68013A的内部结构功能框图。

　　由于CY7C68013A硬件逻辑并不复杂，加上可以充分利用FPGA的灵活性，在导航计算机外围扩展CY7C68013A的线路板设计工作相对简单，将CY7C68013A的总线和控制信号与DSP导航计算机的FPGA相应引脚正确相连即可。

　　USB接口的软件设计要复杂一些，主要是编写CY7C68013A自身的固件程序。

　　1.2 CY7C68013A的固件程序设计

　　CY7C68013A的固件程序主要用于USB芯片的端点配置、频率设置、数据宽度、可编程标志定义、中断定义及特定功能的8051程序编写等。固件程序主要完成如图2所示的任务流程。