基于TMS320C6701的星敏感器电路系统的设计

　　星敏感器是天文导航系统的主要设备，它是集光学、机械、电子、实时图像处理技术于一体的仪器。它通过图像传感器获取星体的图像信息，然后对图像信息进行实时处理，处理过程包括星体质心定位、星图识别匹配、快速跟踪和精确姿态求解，最后输出当前空间飞行器的姿态信息。

　　美国加州理工大学的JPL实验室是最早从事星敏感器的开发研制工作的，为减小星敏感器硬件电路的功耗，其运算电路系统主要由RISC芯片构成，用以实现星体定位及星图识别算法等。目前星敏感器实时工作的瓶颈在于怎样提高速度。由于星图识别算法占整体星敏感器数据处理的大部分时间，因此需要在软件上应用识别率高同时算法简单的星图识别程序，同时硬件结构上采用更为先进的技术。星图识别程序包括了三角函数的计算，矩阵的转换等乘法执行指令，乘法执行速度越快就代表着识别程序能够在更短的时间内完成。DSP的专用硬件乘法器可以大大的提高运算的速度。本文正是以星敏感器的这一需求为出发点，采用了频率高、处理速度快的浮点DSP芯片TMS320C6701作为星敏感器的核心处理器，实

　　现了以径向和环向分布为特征的星图识别算法。

　　1 电路系统设计

　　用于星图识别算法的星敏感器DSP系统以C6701为核心，在其外围加上存储器模块、JTAG接口模块、RS232串口模块、FIFO接口模块、电源模块等，实现计算、通讯等功能。系统总体框图如图1所示。

　　图 1 DSP星敏感器系统框图

　　1.1 TMS320C6701的内部结构

　　在星敏感器系统中，我们采用TMS320C6701作为主要处理部件。C6701是TI公司推出的TMS320C6000系列中的一款支持浮点运算的高速DSP 芯片，它采用超长指令字(VLIW) 体系结构。在CPU时钟频率为167MHz时，其运算能力最高为1336 MIPS，浮点运算能力最高为1 G FLOPS。它有4个相互独立的可编程DMA通道，可独立于CPU进行工作，以CPU时钟速率进行数据吞吐。

　　1.2 外部存储器

　　DSP硬件系统外部存储器包括满足大容量数据缓存需求的同步动态RAM，以及存储所有系统软件保证系统脱离PC机独立工作的FLASH芯片。

　　1.2.2 EMIF与SDRAM的接口

　　C6701片内有64kBytes的数据存储器和64kBytes的程序存储器，而用于星图识别的程序需要66kBytes的存储空间，全天球星库需要962kBytes的存储空间，C6701的片内存储器不能满足星敏感器的需要，因此电路系统扩展了大容量的SDRAM以存放星库以及程序。

　　基于以上需求，采用1片MT48LC4M32B2 –1 Meg x 32 x 4banks SDRAM映射到CE0外部存储空间。MICRON的MT48LC4M32B2-7是86-pin TSOP(400 mil)的CMOS同步DRAM，最高工作频率(处理速度)为143Mhz(7ns)。DRAM设备始终时钟控制在CPU时钟速率的一半，即当CPU芯片以OSC×4运行时，SDRAM以66.67Mhz(15ns)运行。