信号同步单元是GPS接收机的主要运算单元,其完成的主要功能是对C/A码相位和多普勒频移进行精确估计以产生与接收信号同步的本地信号,从而将载波和C/A码从接收信号中剥离,提取出导航电文供后续单元进行定位解算。信号同步主要包括捕获和跟踪两个阶段,其核心运算单元相关器是GPS接收机的主要运算瓶颈,一直是困扰嵌入式实时软件接收机设计的关键难题。本设计对GPS信号同步的捕获和跟踪算法进行了研究优化,并以ARCA3嵌入式微处理器软核为基础,扩展了面向捕获和跟踪中相关运算的专用指令,探索了基于ASIP的GPS信号同步算法的嵌入式实时解决方案。基于软硬件协同设计方法,本ASIP设计分为系统级和RTL级两个设计阶段。在系统级设计阶段,为进行快速的指令集设计空间探索,本设计建立了一个包含指令集模拟器和汇编器等软件工具的系统级软硬件协同仿真平台。在RTL级设计阶段,通过修改ARCA3软核的流水线结构,加入相应的功能单元和控制逻辑对专用指令加以实现;为更准确地评估ASIP的性能,采用了一个周期精确的仿真平台对软硬件进行了协同仿真,并对ASIP的RTL级HDL代码进行了综合优化,根据得到的面积、时序、功耗等参数对系统进行了综合评估,最后在FPGA测试平台上对ASIP上的实际功能进行了验证。仿真结果表明,与ARCA3相比,ASIP在运行相关器时的效率获得了很大提升,有利于GPS信号同步算法和嵌入式GPS软件接收机的实时性实现。