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下一代GPS接收机要求兼容多导航系统下的导航信号,新算法的探索对硬件平台的灵活性提出了很高的要求。可重构系统是一种由通用处理器(如ARM)和可重构阵列(Reconfigurable Array,RCA)组成的新型架构处理器,它兼具通用处理器的灵活性和ASIC的运算效率,具有灵活变换的硬件架构适合于处理大量数据重复性运算,能够很好地满足发展中的多系统GPS基带算法需求。
本文在详细分析可重构系统的整体架构以及可重构阵列的内部组成和工作原理的基础上研究GPS基带算法,以充分发挥可重构阵列的性能。GPS基带处理算法包括捕获算法和跟踪算法,通过分析不同算法的优缺点,确定并行码相位搜索捕获算法和需要进行大量数据重复运算的相关算法应用于可重构系统。然后研究各算法的实现流程并进行算法的划分,针对各算法特点将其逐一映射到可重构系统上。同时对不同算法的数据通路进行规划,消除数据传输效率对整体运算速度的影响。多通道捕获和跟踪的实现涉及到并行运算、资源管理和数据的实时处理,因此引入Nucleus实时操作系统,通过对优先级、信号量、事件组和中断等调度机制的分析和运用,实现多通道GPS基带处理算法的调度。GPS基带算法的运算时间比较长,因此选择仿真速度快的ESL仿真验证平台,以加快算法的开发进程。
ESL平台上的仿真结果显示,可重构系统在100MHz主频下可稳定实现12通道的捕获和跟踪。可重构系统在满足GPS基带算法运算速度要求的同时,强大的灵活性方便了算法的开发和升级。通过对GPS、GALILEO(伽利略,Galileo)和GLONASS(格洛拉斯,global navigation satellite system)系统的信号结构进行分析,相应扩大RCA规模即可实现不同系统导航信号的基带处理。