基于NIOSII的导航系统平台的设计

　　目前广泛应用的MIMU/GPS组合导航系统的实现形式，依应用领域的不同而复杂多样，但是导航计算机板卡负责的工作则相对固定，其主要包括：采集各路传感器输入信号;滤波、融合计算;将计算结果输送给机电控制子系统;提供各种人机交互接口，如LCD，键盘等。

　　长期以来，针对各种应用领域或相同领域的不同场合，由于对控制计算能力、接口电路数据吞吐能力等要求的差异，我们习惯于把功能相对固定的导航计算机子系统设计成不同的实现形式，这就造成了对硬件重复研发，相应软件重复调整等低效率现状。

　　SOPC(System On Programmable Chip)技术是Altera公司提出的一种灵活高效的SOC解决方案。它的宗旨是将处理器、存储器、I/O口、硬件协处理器或加速器、一般的用户逻辑等系统的设计需要的功能模块都集成到一个FPGA芯片里，构建一个可编程的片上系统。它具有硬件上灵活裁剪、扩充和在线升级的优点，而且市场上有丰富的IP 核资源可选，能成功地解决上述问题。

　　1.组合导航系统硬件电路的实现

　　硬件框图如图1所示，它主要包括以Nios处理器为主体的片内逻辑(图中虚线包围部分，下文简称片内逻辑)、MIMU与GPS数据采集电路和人机交互接口电路三个部分组成。

　　1.1片内逻辑的设计

　　本文采用了Altera公司Cyclone系列FPGA EP1C12Q240、NIOS软核处理器及其开发和仿真工具(包括 SOPC Builder，DSP Builder，Simulink，Quatus II等)。在设计中利用的IP核里，比如Nios核，片内Boot ROM，用于FIFO的片内双口RAM，定时器，Avalon片上总线，Avalon三态总线桥，SDRAM接口，JTAG UART等都来自SOPC Builder软件，在此不必赘述。下面重点讨论其他IP核及其接口电路的设计和功用。

　　6 DSP协处理器 通过定制一些传统的DSP运算指令或反复出现的计算密集型算法指令，来硬件加速CPU的处理能力。IP核可以通过硬件描述语言自己编写，也可以借助Simulink和DSP Builder来辅助实现。

　　7 UART 基于RS232通信协议的串行通路接口。UART-0负责传递主控设备的命令(如复位、初始化等)、输入主控设备提供的电子地图的库信息，输出处理结果等。UART-1则负责导入GPS OEM板的数据。该IP核来自于SOPC Builder软件。

　　8 A/D接口 除了片选信号，A/D接口时序基本遵循SPI协议，因此选用了SOPC中相应的IP， 而对于片选信号，在系统中额外添加一个通用I/O口来控制之。这样每次对A/D的操作分两步进行：先置低GPIO，再进行SPI操作。

　　9 同步采样控制逻辑 负责控制MIMU和GPS信号的同步采集，为数据融合提供准确的输入。该IP核由设计者自行编制，详述请见MIMU和GPS信号采集系统的设计部分。