RU2469376C1 - Computing device for strap-down inertial navigation system (sins) - Google Patents
Computing device for strap-down inertial navigation system (sins) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469376C1 RU2469376C1 RU2011127851/08A RU2011127851A RU2469376C1 RU 2469376 C1 RU2469376 C1 RU 2469376C1 RU 2011127851/08 A RU2011127851/08 A RU 2011127851/08A RU 2011127851 A RU2011127851 A RU 2011127851A RU 2469376 C1 RU2469376 C1 RU 2469376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- outputs
- inputs
- output
- computing device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Advance Control (AREA)
Abstract
Description
В настоящее время в связи с интенсивным введением вычислительных средств в состав систем управления(СУ) высокоманевренными объектами авиационной и ракетно-космической техники и особенно в космические аппараты, длительное время работающие при воздействии дестабилизирующих факторов космического пространства, возникла задача создания новых малогабаритных устройств для получения навигационной информации с датчиков (акселерометров и датчиков угловых скоростей).Currently, due to the intensive introduction of computing tools into control systems (SU) by highly maneuverable objects of aviation and rocket and space technology, and especially into space vehicles operating for a long time under the influence of destabilizing factors of outer space, the task has arisen of creating new small-sized devices for obtaining navigation information from sensors (accelerometers and angular velocity sensors).
В идеальном случае в центральную управляющую бортовую вычислительную систему информация должна поступать в цифровом виде, содержащем пространственные координаты центра масс, угловые скорости и углы ориентации объекта управления в пространстве.In the ideal case, information should be received in the central control on-board computer system in digital form containing the spatial coordinates of the center of mass, angular velocities and orientation angles of the control object in space.
В связи с этим все большее распространение получают бескарданные инерциальные системы (БИНС), в состав которых вводят специализированные вычислительные устройства (СВУ), обеспечивающие формирование упомянутой выше системы координат в математическом виде путем непрерывной обработки информации аналоговых чувствительных элементов.In this regard, gimballess inertial systems (SINS) are becoming more widespread, which include specialized computing devices (IEDs) that ensure the formation of the coordinate system mentioned above in mathematical form by continuously processing the information of analog sensitive elements.
Особенностью этих СВУ является обеспечение быстрого (практически непрерывного) пересчета входной информации датчиков в инерциальную систему координат, что позволяет использовать БИНС вместо сложной и недостаточно надежной гиростабилизированной платформы. Основными вычислительными задачами СВУ являются тригонометрические и матричные вычисления (расчет направляющих углов).A feature of these IEDs is the provision of fast (almost continuous) conversion of the input information of the sensors into an inertial coordinate system, which makes it possible to use SINS instead of a complex and insufficiently reliable gyro-stabilized platform. The main computational tasks of VCA are trigonometric and matrix calculations (calculation of directional angles).
Учитывая необходимость установки БИНС на борту объекта от БИНС и соответственно его СВУ, требуются минимально возможные габаритно-массовые характеристики и энергопотребление. Эти ограничения повлекли широкое внедрение в состав бортовых вычислительных устройств больших и сверхбольших интегральных микросхем (БИС и СБИС) микропроцессоров (МП) и запоминающих устройств (ЗУ), изготавливаемых в основном по КМОП технологии. Это позволяет получить хорошие приборные характеристики, но выдвигает проблему обеспечения работоспособности устройства при длительной работе в условиях воздействия дестабилизирующих факторов космического пространства.Given the need to install SINS on board an object from SINS and, accordingly, its VCA, the minimum possible overall dimensions and power consumption are required. These restrictions have led to the widespread adoption of large and ultra-large integrated circuits (LSI and VLSI) microprocessors (MP) and memory devices (memory), which are mainly manufactured using CMOS technology, as part of on-board computing devices. This allows you to get good instrumental characteristics, but raises the problem of ensuring the operability of the device during prolonged operation under the influence of destabilizing factors in outer space.
Известны вычислительные устройства, реализованные на основе МП типа 8085 (См. Й.Янсен «Курс цифровой электроники, Т4 / микрокомпьютеры», с.190-195, рис.4.2 и 4.5), устройства содержат микропроцессор и подключенные к нему ЗУ разного типа (постоянные и оперативные).Computing devices are known that are implemented on the basis of MP type 8085 (See J. Jansen “Digital Electronics Course, T4 / Microcomputers”, p.190-195, Figs. 4.2 and 4.5), the devices contain a microprocessor and various types of memory devices connected to it ( permanent and operational).
Реализация такого типа вычислителей позволяет получить небольшие габариты устройств при приемлемом энергопотреблении.The implementation of this type of calculators allows you to get the small size of the devices with acceptable power consumption.
Однако особенность их структуры, а именно последовательное обращение по общим связям к памяти программ и данных не позволяет получить высокую производительность, требуемую от СВУ БИНС, особенно в части вычислений тригонометрических функций и матричных преобразований, в основе которых лежат вычисления типа: АВ+ВС+АС и т.д., т.е. сумма произведений.However, the peculiarity of their structure, namely sequential access to common memory and program and data memory, does not allow to obtain the high performance required from VCA SINS, especially with regard to the calculation of trigonometric functions and matrix transformations, which are based on calculations of the type: AB + BC + AC etc., i.e. amount of works.
Реализация задач пересчета систем координат с вычислением большого числа тригонометрических функций на указанных выше устройствах на основе МП 8085 не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ВУ БИНС.The implementation of the tasks of recalculating coordinate systems with the calculation of a large number of trigonometric functions on the above devices based on MP 8085 does not satisfy the requirements for the VIN BINS.
Известны решения, направленные на повышение производительности микропроцессорных вычислителей путем введения дополнительных блоков, вычисляющих функции, подключаемые к МП через процессор обмена (См. А.А.Мячев «Мини- и микроЭВМ систем обработки информации» Москва, Энергоатомидат, 1991 г. стр.47-49). Данное решение может быть принято за прототип. Вычисление на специальном аппаратурном расширителе (АР) отдельных функций, например Фурье, как предлагается в известном решении, существенно сокращает время вычисления выделенных функций, но производительность микроЭВМ при этом увеличивается незначительно, так как взаимодействие с АР осуществляется через устройство ввода-вывода (процессор обмена, имеющий ограниченную пропускную способность).Known solutions aimed at improving the performance of microprocessor computers by introducing additional units that calculate the functions connected to the MP through the exchange processor (See A.A. Myachev “Mini- and microcomputers of information processing systems” Moscow, Energoatomidat, 1991, p. 47 -49). This decision can be taken as a prototype. The calculation on a special hardware expander (AR) of individual functions, for example, Fourier, as proposed in the known solution, significantly reduces the calculation time of the selected functions, but the performance of the microcomputer increases slightly, since the interaction with the AR is carried out through an input-output device (exchange processor, having limited bandwidth).
С целью повышения производительности ВУ целесообразно реализовать прямую связь МП с АР.In order to increase the productivity of WU, it is advisable to implement a direct connection between MP and AR.
Предлагается вычислительное устройство БИНС, содержащее микропроцессор с подключенными к нему процессором обмена, блоками запоминающих устройств и модуль арифметического расширения (MAP), который подключен к шинам микропроцессора аналогично блокам ЗУ.A BINS computing device is proposed that contains a microprocessor with an exchange processor connected to it, memory units and an arithmetic expansion module (MAP), which is connected to the microprocessor buses similarly to memory units.
Структура предлагаемого ВУ приведена на чертеже (Фиг.1), где цифрой 1 обозначен микропроцессор (МП), цифрой 2 обозначен модуль оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Цифрой 3 обозначен модуль постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), цифрами 4 и 5 обозначены первый и второй процессоры обмена, цифрой 6 обозначен аппаратурный модуль арифметического расширения (МАР). Все эти модули подключены к шинам микропроцессора. Кроме того выход прерывания МП подключен к соответствующему входу MAP, выход прерывания которого подключен к соответствующему входу МП. Управляющий вход MAP является одноименным входом устройства. А его первый и второй частотные выходы подключены соответственно к частотным входам МП и модулей обмена. Двунаправленные входы-выходы процессоров обмена являются входами -выходами вычислительного устройства для связи с датчиками и подсистемой верхнего уровня соответственно.The structure of the proposed WU is shown in the drawing (Figure 1), where the number 1 indicates the microprocessor (MP), the number 2 indicates the module random access memory (RAM). Numeral 3 denotes a read-only memory module (ROM), numbers 4 and 5 denote the first and second exchange processors, numeral 6 denotes an arithmetic expansion hardware module (MAP). All of these modules are connected to the microprocessor buses. In addition, the MP interrupt output is connected to the corresponding MAP input, the interrupt output of which is connected to the corresponding MP input. The MAP control input is the device input of the same name. And its first and second frequency outputs are connected respectively to the frequency inputs of the MP and exchange modules. Bidirectional inputs and outputs of the exchange processors are inputs and outputs of the computing device for communication with sensors and the upper level subsystem, respectively.
Структура MAP приведена на чертеже (Фиг.2), где цифрой 21 обозначен арифметический процессор (АП) с умножителем, в качестве которого может быть использован микропроцессор на основе БИС серии 1825 (1825 ВС3 И 1825 ВР), цифрой 22-1 и 22-2 обозначены первый и второй накопитель локального оперативного запоминающего устройства (ЛОЗУ), цифрой 23 обозначен блок связи (БС), цифрой 24 обозначен формирователь адреса микропрограмм (ФАМ), а цифрой 25 обозначено микропрограммное постоянное запоминающее устройство (МПЗУ). АП имеет двунаправленную связь с каждым из накопителей ЛОЗ, а также индивидуальные входы от накопителей. Двунаправленные входы - выходы БС являются входами-выходами MAP, подключенными к МП, а первая и вторая группа адресных выходов БС подключены к адресным входам соответственно ЛОЗУ и ФАМ. Управляющий вход БС является входом MAP и устройства в целом, а первый и второй частотные выходы блока являются выходами MAP. Первая и вторая группа синхронизирующих выходов БС подключены с синхровходам соответственно АП и ФАМ, подключенного информационными входами и выходами к соответствующим выходам и входам МПЗУ, управляющий вход которого подключен к одноименному выходу ФАМ, а управляющие выходы МПЗУ подключены к одноименным входам АП и ЛОЗУ, подключенного информационными и адресными шинами к БС, управляющий вход которого является управляющим входом MAP. Кроме того выходы признаков АП подключены к одноименным входам ФАМ, а первый и второй выходы ЛОЗУ подключены к первому и второму входам АП.The structure of the MAP is shown in the drawing (Figure 2), where the
Структура блока связи приведена на чертеже (Фиг.3), где цифрой 31 обозначен регистр данных, цифрами 32 и 33 обозначены соответственно младший и старший регистры адреса, цифрой 34 обозначен дешифратор, а цифрой 35 - формирователь синхроимпульсов, синхронизирующие первый и второй частотные выходы которого являются выходами блока. Управляющие входы являются входом блока, а запускающий вход формирователя подключен к выходу дешифратора, подключенного входами к выходам старшего регистра адреса, входы которого совместно с входами младшего регистра адреса являются входом блока, при этом выходы младшего регистра адреса, информационные шины и входы-выходы регистра данных являются соответствующими входами и выходами блока.The structure of the communication unit is shown in the drawing (Fig. 3), where the
Состав АП приведен на чертеже (Фиг.4), где цифрами 41 и 42 обозначены соответственно умножитель и арифметико-логическое устройство (сумматор), связанные между собой двунаправленной связью. При этом умножитель имеет два входа, являющиеся входами АП, подключенными к ЛОЗУ.The composition of the AP is shown in the drawing (Figure 4), where the
Структура формирователя адреса микрокоманд (ФАМ) приведена на чертеже (Фиг.5), где цифрой 51 обозначен регистр смещения, цифрой 52 обозначен регистр кода операции, цифрой 53 обозначен регистр признаков и цифрой 54 обозначен счетчик адреса.The structure of the micro-command address generator (FAM) is shown in the drawing (Fig. 5), where the
Входы регистра кода операции и информационный и счетный входы счетчика являются входами формирователя, подключенными к выходу блока связи. Входы регистра признаков являются входами формирователя, подключенными к выходам АП. Выходы регистров и счетчика образуют адрес МПЗУ и являются выходами формирователя.The inputs of the operation code register and the information and counting inputs of the counter are the inputs of the driver connected to the output of the communication unit. The inputs of the register of signs are the inputs of the shaper connected to the outputs of the AP. The outputs of the registers and the counter form the address of the memory and are the outputs of the shaper.
Структура формирователя синхроимпульсов приведена на чертеже (Фиг.6), где цифрами 61, 62, 63 обозначены соответственно основной, первый и второй задающие генераторы частоты, а цифрой 64 обозначен узел формирования синхроимпульсов, выходы которого являются синхронизирующими выходами формирователя, а выходы первого и второго генераторов являются первым и вторым частотным выходами формирователя, управляющий вход которого является входом первого и второго задающих генераторов.The structure of the clock generator is shown in the drawing (Fig. 6), where the
Схема генератора частоты приведена на чертеже (Фиг.7), где цифрами от 71-1 до 71-n обозначены n последовательно соединенных инверторов, подключенных к входу мультиплексора 72, выход которого подключен к входу первого инвертора, а вход является управляющим входом генератора.The frequency generator circuit is shown in the drawing (Fig. 7), where the numbers from 71-1 to 71-n denote n series-connected inverters connected to the input of the
Структура узла формирования синхроимпульсов (СИ) приведена на чертеже (Фиг.8), где цифрами 81-1 и 81-2 обозначены младшая и старшая секции сдвигающего регистра, цифрой 83 обозначен элемент И, цифрой 84 обозначен триггер привязки, цифрами от 85-1 до 85-n обозначены триггеры-формирователи, управляющий вход триггера привязки является одноименным входом узла, а синхронизирующий вход подключен к первому выходу младшей секции сдвигающего регистра, вход которой является входом узла, подключенным к основному генератору частоты, второй выход секции подключен ко входу элемента И, выход которого подключен ко входу второй секции сдвигающего регистра, четные и нечетные выходы которой являются соответственно запускающими и сбрасывающими входами триггеров-формирователей, выходы которых являются выходами узла формирования.The structure of the synchronization pulse generation unit (SI) is shown in the drawing (Fig. 8), where the numbers 81-1 and 81-2 indicate the lowest and highest sections of the shift register, the
Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:
МП по своей программе, размещенной в ПЗУЗ, выполняет вычисления.MP according to its program located in the ROM, performs calculations.
Если требуется вычислить тригонометрическую функцию или провести операции с матрицами, МП проводит запись аргумента по определенному адресу ЛОЗУ MAP, затем делает посылку по фиксированному адресу в MAP. В коде адреса кроме адреса модуля содержится и код операции, подлежащей выполнению. При действии с матрицами вначале в ЛОЗУ MAP записываются компоненты матриц по определенным заранее адресам, а потом делается посылка по фиксированному адресу MAP с кодом операции.If you want to calculate a trigonometric function or perform operations with matrices, the MP records the argument at a specific address of the MAP LOS, then sends the message to a fixed address in the MAP. In addition to the module address, the address code also contains the code of the operation to be performed. When working with matrices, the matrix components are first written to the MAP LOS at the predefined addresses, and then they are sent to the fixed MAP address with the operation code.
Получив посылку по фиксированному адресу, блок связи 23 проводит дешифрацию в блоке 34, который запускает формирователь синхроимпульсов 35. С началом поступления синхроимпульсов в регистр кода операции и счетчик ФАМ из БС заносятся начальные значения, начинается выборка микрокоманд и выполнение заданной операции с записью результатов в определенные адреса ЛОЗУ MAP и АП отключается от шин ЛОЗУ. По окончанию записи микропрограммно формируется сигнал прерывания, поступающий в МП, который производит чтение результата из ЛОЗУ MAP и продолжает работу по своей программе с обращением к MAP при необходимости вычисления функций или действий с матрицами.After receiving the parcel at a fixed address, the
Дополнительно предусмотрено управление быстродействием устройства путем перестройки частот задающих генераторов по командам центральной бортовой вычислительной системы или командной радиолинии.Additionally, it is possible to control the speed of the device by tuning the frequencies of the master oscillators according to the commands of the central on-board computer system or command radio line.
Перестройка быстродействия производится для отслеживания изменения параметров БИС во времени или из-за действия ионизирующего излучения космического пространства. Кроме того на отдельных наиболее загруженных по вычислениям участках возможно плановое повышение быстродействия. Возможное максимальное быстродействие для каждого интервала работы определяется по результатам тестовых проверок отдельных компонентов устройства и устанавливается индивидуально для каждого компонента, для чего в состав формирователя синхроимпульсов введены несколько задающих генераторов, для каждого из которых в общем управляющем слове отведена своя часть кода.Performance tuning is performed to track changes in LSI parameters over time or due to the action of ionizing radiation in outer space. In addition, in some of the areas most computationally loaded, a planned increase in speed is possible. The possible maximum speed for each operation interval is determined by the results of test checks of the individual components of the device and is set individually for each component, for which several master oscillators are introduced into the clock generator, each of which has its own part of the code in the general control word.
Все эти решения обеспечивают максимальную производительность вычислительного устройства на протяжении всего времени работы инерциальной системы.All these solutions provide the maximum performance of the computing device throughout the entire operating time of the inertial system.
Claims (8)
отличающееся тем, что дополнительно к шинам процессора подключены второй процессор обмена и модуль арифметического расширения, управляющий вход которого является входом устройства, вход и выход прерывания подключены соответственно к выходу и входу микропроцессора, а первый и второй частотные выходы подключены соответственно к входам микропроцессора и входам процессоров обмена, входы-выходы которых являются входами-выходами устройства.1. A computing device containing a microprocessor, operational, read-only memory devices and a first exchange processor connected to the microprocessor buses,
characterized in that, in addition to the processor buses, a second exchange processor and an arithmetic expansion module are connected, the control input of which is the input of the device, the interrupt input and output are connected respectively to the output and input of the microprocessor, and the first and second frequency outputs are connected respectively to the inputs of the microprocessor and inputs of the processors exchange, the inputs and outputs of which are the inputs and outputs of the device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011127851/08A RU2469376C1 (en) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | Computing device for strap-down inertial navigation system (sins) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011127851/08A RU2469376C1 (en) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | Computing device for strap-down inertial navigation system (sins) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2469376C1 true RU2469376C1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011127851/08A RU2469376C1 (en) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | Computing device for strap-down inertial navigation system (sins) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2469376C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103278165A (en) * | 2013-05-22 | 2013-09-04 | 上海新跃仪表厂 | Remanence-calibration-based autonomous navigation method of magnetic survey and starlight backup based on |
RU2553098C2 (en) * | 2013-08-23 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" | Neurocomputer |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0525375B1 (en) * | 1991-06-24 | 2001-11-28 | Hitachi, Ltd. | Microcomputer |
RU2316807C2 (en) * | 2005-06-14 | 2008-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-конструкторское бюро вычислительных систем" ОАО НКБ ВС | Controlling computer |
RU2386161C2 (en) * | 2004-01-07 | 2010-04-10 | Майкрософт Корпорейшн | Circuit of optical system for universal computing device |
-
2011
- 2011-07-06 RU RU2011127851/08A patent/RU2469376C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0525375B1 (en) * | 1991-06-24 | 2001-11-28 | Hitachi, Ltd. | Microcomputer |
RU2386161C2 (en) * | 2004-01-07 | 2010-04-10 | Майкрософт Корпорейшн | Circuit of optical system for universal computing device |
RU2316807C2 (en) * | 2005-06-14 | 2008-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-конструкторское бюро вычислительных систем" ОАО НКБ ВС | Controlling computer |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103278165A (en) * | 2013-05-22 | 2013-09-04 | 上海新跃仪表厂 | Remanence-calibration-based autonomous navigation method of magnetic survey and starlight backup based on |
CN103278165B (en) * | 2013-05-22 | 2015-10-14 | 上海新跃仪表厂 | Based on the magnetic survey of remanence calibration and the autonomous navigation method of starlight backup |
RU2553098C2 (en) * | 2013-08-23 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" | Neurocomputer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107766148B (en) | Heterogeneous cluster and task processing method and device | |
Fahmy et al. | Virtualized FPGA accelerators for efficient cloud computing | |
Zeebaree et al. | Design and simulation of high-speed parallel/sequential simplified DES code breaking based on FPGA | |
Sun et al. | High-performance mixed-precision linear solver for FPGAs | |
Banger et al. | OpenCL programming by example | |
CN107346351A (en) | For designing FPGA method and system based on the hardware requirement defined in source code | |
CN105183665A (en) | Data-caching access method and data-caching controller | |
RU2473126C1 (en) | Neuroprocessor | |
US8199910B2 (en) | Signature generation apparatus and signature verification apparatus | |
US10528686B2 (en) | Clock jitter emulation | |
CN103984560A (en) | Embedded reconfigurable system based on large-scale coarseness and processing method thereof | |
CN112074830B (en) | High performance sparse trigonometric solution on a graphics processing unit | |
CN103984677A (en) | Embedded reconfigurable system based on large-scale coarseness and processing method thereof | |
RU2469376C1 (en) | Computing device for strap-down inertial navigation system (sins) | |
CN104050117A (en) | Efficient input/output (i/o) operations | |
CN103809112A (en) | System, method, and computer program product for testing an integrated circuit from a command line | |
Ito et al. | A Special-Purpose Computer forN-Body Simulations: GRAPE-2A | |
Wang et al. | FP-AMR: A Reconfigurable Fabric Framework for Adaptive Mesh Refinement Applications | |
CN203133754U (en) | KVM board card based on server provided with CPCI framework | |
Malcheva et al. | An acceleration of fpga-based ray tracer | |
Sadowski | Design challenges facing CPU-GPU-Accelerator integrated heterogeneous systems | |
US20140244232A1 (en) | Simulation apparatus and simulation method | |
RU2452125C1 (en) | Image processing system | |
US7275168B2 (en) | System and method for providing clock signals based on control signals from functional units and on a hibernate signal | |
CN109918336A (en) | Cyclical process executes system and system on chip |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160707 |