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基于ARM和FPGA的时间同步仪控制单元设计

发布时间:2020-07-21 17:36:30 阅读: 来源:拉链厂家

摘要 以时间同步仪的功能为出发点,设计了基于ARM和FPGA的控制系统,该系统以ARM芯片S3C2440A为控制核心,在FPGA芯片XCS30的辅助控制下,完成了时间同步仪系统的人机交互、参数设定、电文处理、远程控制等功能。通过键盘操作,LED灯和LCD显示屏,实现了简洁的人机交互控制界面,并在人机交互模块的基础上完成了参数设定模块的设计。通过以太网控制器实现了电文处理,采用CRC校验法,在处理过程中对电文进行检验,确保电文处理的安全可靠,利用Telnet服务器实现了远程控制模块。关键词 时间同步仪;S3C2440A;FPGA;Telnet 随着现代科技的发展,信息需求不断增加,卫星导航定位系统备受关注,应用也有了更加深入的发展。为实现卫星导航系统高质量的定位、导航和授时服务,地面站与卫星之间的时间同步就显得尤为重要。作为卫星导航系统的关键型技术和基本性能,时间同步直接影响系统的定位、导航和授时服务。 文中论述的时间同步仪控制单元设计方案是以ARM9芯片为主控制单元,FPGA芯片作为辅助控制单元。采用这个方案,可以有效简化时间同步仪控制系统的复杂性,同时提高整个控制系统的灵活性和可靠性。1 系统的组成和工作原理 时间同步仪控制单元作为时间同步仪系统的控制中心,采用基于ARM核的32位嵌入式RISC微处理器,设计了微处理器与外围设备控制端口与数据端口的连接,分别包括了与FPGA-XCS30,LCD显示器PC4002、以太网MAC控制器DM9000和RS-232收发器的连接。图1为时间同步仪控制单元组成框图。

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(1)网口控制:实现网络通信,远程登录操作控制板,并接收外部的导航电文信息以及发送导航电文信息。 (2)串口控制:两个串行端口,一个用于计算机通过超级终端登录进行系统调试,另一个用于与发射单板的通信。LCD显示控制:显示信息的缓存。显示信息包括控制信息、告警信息,完成人机交互。 (3)键盘/按键控制:用于通过监测并接收键盘控制信息,传递给ARM处理器。 (4)系统工作状态监控:监测各单板的插入状态、工作温度及电源供电情况,并对各单板的供电进行控制;通过I2C总线与各单板进行通信,控制其他单板工作状态,下发控制指令。 (5)ISA总线控制:实现各芯片与ARM处理器之间的通信。2 系统硬件设计2.1 ARM微处理器的选择 S3C2440A的核心处理器(CPU)是一款由AdvancedRISC Machines公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。它的特点具体如下: (1)ARM920T内核实现了MMU,AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构。这一结构具有独立16 kB的指令Cache和16 kB的数据Cache。且每个都是由8字长的行组成。 (2)片上由一个LCD控制器、3个通道的UART、4通道的DMA、2通道的SPI和1通道的IIC-BUS接口。 (3)支持NAND Flash系统引导、系统管理器。 (4)支持Thumb/ARM双指令集,能很好的兼容8位/16位器件,大量使用寄存器,寻址方式灵活简单,指令执行速度更快,效率更高。 (5)处理器主频最高可达400 MHz。 综上所述,S3C2440A微处理器的工作频率提高了系统的运行速度,使得处理器可以顺利地运行于Windows CE,Linux等操作系统以较为复杂的信息处理,可减少软件开发时间;S3C2440A具有强大的内部中端,方便进行TCP/IP的轮询调用;S3C2440A具有丰富的外围设备资源,可简化微微电路中的扩展部分,降低系统的复杂度、减少系统成本。所以选S3C2440A作为该系统的核心处理器。

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