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基于双DSP+FPGA的组合导航冗余控制器设计与实现

已有 12898 次阅读| 2018-5-1 17:32 |系统分类:芯片设计

面对可能的强电磁干扰和高空不可预知的工作环境,太阳能无人机导航设备需满足高可靠性、高精度、长航时、重量轻、体积小等要求。组合导航控制器在系统中起到数据采集、数据处理、数据融合与输出等重要功能,因此它的可靠工作对组合导航系统十分重要。本文将冗余技术应用到组合导航控制器设计中,主要内容包括冗余控制器总体方案设计、硬件设计、软件设计及其功能测试等。根据组合导航系统需求分析,控制器采用DSP+FPGA的双机热备份设计。其中DSP主要负责导航传感器数据采集、数据处理和数据融合等;FPGA主要负责故障检测、故障处理和选择双DSP中的一路数据进行输出等;多路选择器用于双FPGA输出通道选择。冗余控制器硬件设计主要包括硬件总体方案设计、主要芯片选型、DSP最小系统、FPGA最小系统、电源模块、通讯电路模块、多路选择器模块、双控制器接口模块设计和PCB设计等,其中通讯电路模块主要包括双DSP间通讯电路、DSP与FPGA间通讯电路和外部通讯电路设计等。系统软件设计主要包括外部接口模块程序、冗余控制器容错管理程序和上位机软件设计三部分。其中,外部接口模块用于传感器数据采集和系统最终导航信息输出;容错管理程序包括系统初始化、主备机确认、双机同步、双机通讯、故障检测、故障自检和仲裁切换程序设计等;上位机软件主要用于接收、显示和保存最终导航数据信息。构建了测试平台,对组合导航冗余控制器各功能模块进行测试和模拟故障测试。实验测试数据和示波器波形表明,设计的组合导航冗余控制器可以在主控制器发生故障时实现自主切换,满足设计要求。