CN109373996A - 基于zynq处理器的实时飞控导航系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ZYNQ处理器的实时飞控导航系统包括：实时导航核心模块、GPS接收机、惯导组合、显示单元和雷达传感器，其中，GPS接收机通过RS232总线与实时导航核心模块相连，惯导组合通过RS422总线与实时导航核心模块相连，显示单元通过VGA线与实时导航核心模块相连，雷达传感器通过RS485总线与实时导航核心模块相连。本发明最大程度地发挥异构多核处理器的优势，缩短了计算延迟时间，拓宽了系统的优化空间，形式灵活，提高了系统的集成度。

Description

基于ZYNQ处理器的实时飞控导航系统及方法
技术领域
本发明涉及飞控导航领域，尤其涉及基于ZYNQ处理器的实时飞控导航系统及方法。
背景技术
传统的飞控导航方法会由于GPS接收机、惯导组合、数传电台、雷达传感器等设备数据率和传输带宽不完全同步，控制计算机、通讯接口卡等运算能力有限，进程易被操作系统打断，存在导航信息较高的延迟，对雷达传感器信号处理过程中某些依赖时间信息的工作造成困难，增加了数据分析难度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明目的在于提供一种基于ZYNQ处理器的实时飞控导航系统及方法，解决现有方法导航信息延迟等问题。
一种基于ZYNQ处理器的实时飞控导航系统具体包括：实时导航核心模块、GPS接收机、惯导组合、显示单元和雷达传感器，其中，
所述GPS接收机通过RS232总线与实时导航核心模块相连，惯导组合通过RS422总线与实时导航核心模块相连，显示单元通过VGA线与实时导航核心模块相连，雷达传感器通过RS485总线与实时导航核心模块相连。
进一步地，所述实时导航核心模块由导航计算芯片ZYNQ和数据存储模块构成，用于对所述GPS接收机、所述惯导组合、所述显示单元和所述雷达传感器传输的数据进行格式解析、导航计算与结果输出。
进一步地，所述数据存储模块用于存储所述实时导航核心模块、GPS接收机、惯导组合、雷达传感器的数据。
进一步地，所述实时导航核心模块包括PS(Processing System)模块和PL(Programmable Logic)模块，所述PS模块和所述PL模块之间通过内部总线AXI互联。
进一步地，所述PS模块采用多核的ARM Cortex A9处理器，所述PL模块采用Xilinx的7系列FPGA信号处理器。
进一步地，所述PL模块实时接收所述GPS接收机、惯导组合、雷达传感器的原始通讯数据，所述PL模块按时序将原始通讯数据解析后通过AXI总线发送给所述PS模块。
进一步地，所述PS模块通过AXI总线获取所述PL模块解析的通讯数据，通过运行在所述PS模块中的嵌入式系统应用程序进行数据的格式转换，实时计算导航数据；所述PS模块通过VGA接口将所述导航数据输出至显示单元，同时将原始通讯数据和所述计算后的导航数据传输至数据存储模块进行保存。
本发明还提供一种基于ZYNQ处理器的实时飞控导航方法包括步骤：
S1、实时导航核心模块中PL模块实时获取通讯数据；
S2、实时导航核心模块中PS模块模块实时计算导航数据；
S3、实时导航核心模块中PS模块输出导航数据。
进一步地，所述步骤S2中实时计算导航数据具体为：
S201、启动命令发送线程，获取应用程序界面参数；
S202、导航计算线程接收来自PL模块的GPS接收机、惯导组合的通讯数据，所述通讯数据包括姿态信息，将GPS地理坐标系下坐标转换成雷达坐标系坐标，在一个通讯周期内完成导航数据计算；
S203、将命令字和导航数据计算结果组合拼接，将该结果发送给PL模块，PL模块转换格式发送给雷达传感器；
S204、同步启动雷达传感器接收线程，对雷达传感器回传通讯数据进行解析。
进一步地，所述步骤S3中输出导航数据具体为，所述PS模块运行其上的嵌入式驱动层软件，输出至嵌入式应用程序人机交互界面，通过VGA接口将数据传输至显示单元，同时将原始通讯数据和所述计算后的导航数据传输至数据存储模块进行保存。
本发明最大程度地发挥异构多核处理器的优势，缩短了计算延迟时间，拓宽了系统的优化空间，形式灵活，提高了系统的集成度。
附图说明
图1为本发明实时飞控导航系统结构示意图；
图2为本发明实时飞控导航方法流程示意图；
图3为本发明实时计算导航数据流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明基于ZYNQ处理器的实时飞控导航系统如图1所示，包括：实时导航核心模块1、导航计算芯片ZYNQ2、PS模块3、PL模块4、数据存储模块5、GPS接收机6、惯导组合7、显示单元8和雷达传感器9，其中PS模块3和PL模块4均是导航计算芯片ZYNQ的一部分，PS模块3和PL模块4之间通过内部总线AXI互联，共同构成导航计算芯片ZYNQ2。导航计算芯片ZYNQ2与数据存储模块组成实时导航核心模块1，GPS接收机6通过标准RS232与实时导航核心模块1相连，惯导组合7通过标准RS422与实时导航核心模块1相连，显示单元8通过标准VGA与实时导航核心模块1相连，雷达传感器通9过同步RS485与实时导航核心模块1相连。
实时导航核心模块1的功能为：对外围设备传输的数据进行格式解析、导航计算与结果输出；PS模块3是多核的ARM Cortex A9处理器、PL模块4是Xilinx的7系列FPGA信号处理器；数据存储模块功能5为：记录实时导航核心模块、GPS接收机、惯导组合、雷达传感器的数据。
PL模块4实时接收GPS接收机6、惯导组合7、雷达传感器9的原始通讯数据，该部分适合可编程逻辑任务，以硬件IP实现。PL4按时序将原始通讯数据解析后通过AXI总线发送给PS3。
实时导航核心模块中PS模块3通过AXI总线获取PL模块4解析的通讯信息，通过运行在PS模块3中的嵌入式系统应用程序进行数据的格式转换，启动计算线程，实时计算导航数据。
实时导航核心模块1中PS模块3运行其上的嵌入式驱动层软件，输出至嵌入式应用程序人机交互界面，通过硬件VGA接口将数据传输至显示单元8，同时将导航计算后数据和原始数据传输至数据存储模块5进行保存。
本发明的基于ZYNQ处理器的实时飞控导航方法如图2所示，
S1、实时导航核心模块1中PL模块4实时获取通讯数据；
S2、实时导航核心模块1中PS模块3模块实时计算导航数据；
S3、实时导航核心模块1中PS模块3输出导航数据。
具体的实时计算导航数据如图3所示，包括：
S201、启动命令发送线程，获取应用程序界面参数；
S202、导航计算线程接收来自PL模块4的GPS接收机6、惯导组合7的通讯数据，所述通讯数据包括姿态信息，将GPS地理坐标系下坐标转换成雷达坐标系坐标，在一个通讯周期内完成导航数据计算；
S203、将命令字和导航数据计算结果组合拼接，将该结果发送给PL模块4，PL模块4转换格式发送给雷达传感器9；
S204、同步启动雷达传感器9接收线程，对雷达传感器9回传通讯数据进行解析。
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于ZYNQ处理器的实时飞控导航系统，其特征在于，具体包括：实时导航核心模块(1)、GPS接收机(6)、惯导组合(7)、显示单元(8)和雷达传感器(9)，其中，
所述GPS接收机(6)通过RS232总线与实时导航核心模块(1)相连，惯导组合(7)通过RS422总线与实时导航核心模块(1)相连，显示单元(8)通过VGA线与实时导航核心模块(1)相连，雷达传感器(9)通过RS485总线与实时导航核心模块(1)相连。
2.如权利要求1所述的实时飞控导航系统，其特征在于，所述实时导航核心模块由导航计算芯片ZYNQ(2)和数据存储模块(5)构成，用于对所述GPS接收机(6)、所述惯导组合(7)、所述显示单元(8)和所述雷达传感器(9)传输的数据进行格式解析、导航计算与结果输出。
3.如权利要求2所述的实时飞控导航系统，其特征在于，所述数据存储模块(5)用于存储所述实时导航核心模块(1)、GPS接收机(6)、惯导组合(7)、雷达传感器(9)的数据。
4.如权利要求2所述的实时飞控导航系统，其特征在于，所述实时导航核心模块包括PS模块(3)和PL模块(4)，所述PS模块(3)和所述PL模块(4)之间通过内部总线AXI互联。
5.如权利要求4所述的的实时飞控导航系统，其特征在于，所述PS模块(3)采用多核的ARM Cortex A9处理器，所述PL模块(4)采用Xilinx的7系列FPGA信号处理器。
6.如权利要求4所述的的实时飞控导航系统，其特征在于，所述PL模块(4)实时接收所述GPS接收机(6)、惯导组合(7)、雷达传感器(9)的原始通讯数据，所述PL模块(4)按时序将原始通讯数据解析后通过AXI总线发送给所述PS模块(3)。
7.如权利要求6所述的实时飞控导航系统，其特征在于，所述PS模块(3)通过AXI总线获取所述PL模块(4)解析的通讯数据，通过运行在所述PS模块(3)中的嵌入式系统应用程序进行数据的格式转换，实时计算导航数据；所述PS模块(3)通过VGA接口将所述导航数据输出至显示单元(8)，同时将原始通讯数据和所述计算后的导航数据传输至数据存储模块(5)进行保存。
8.使用如权利要求1-7所述的实时飞控导航系统的实时飞控导航方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1、实时导航核心模块(1)中PL模块(4)实时获取通讯数据；
S2、实时导航核心模块(1)中PS模块(3)模块实时计算导航数据；
S3、实时导航核心模块(1)中PS模块(3)输出导航数据。
9.如权利要求8所述的实时飞控导航方法，其特征在于，所述步骤S2中实时计算导航数据具体为：
S201、启动命令发送线程，获取应用程序界面参数；
S202、导航计算线程接收来自PL模块(4)的GPS接收机(6)、惯导组合(7)的通讯数据，所述通讯数据包括姿态信息，将GPS地理坐标系下坐标转换成雷达坐标系坐标，在一个通讯周期内完成导航数据计算；
S203、将命令字和导航数据计算结果组合拼接，将该结果发送给PL模块(4)，PL模块(4)转换格式发送给雷达传感器(9)；
S204、同步启动雷达传感器(9)接收线程，对雷达传感器(9)回传通讯数据进行解析。
10.如权利要求8所述的实时飞控导航方法，其特征在于，所述步骤S3中输出导航数据具体为，所述PS模块(3)运行其上的嵌入式驱动层软件，输出至嵌入式应用程序人机交互界面，通过VGA接口将数据传输至显示单元(8)，同时将原始通讯数据和所述计算后的导航数据传输至数据存储模块(5)进行保存。
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