陳令剛，陳鴻躍，段祉鴻，朱曦曼

（北京航天發(fā)射技術(shù)研究所，北京 100076）

捷聯(lián)慣組上電初始化時(shí)需要讀取內(nèi)部存儲(chǔ)器上的大量慣組參數(shù)，參數(shù)數(shù)量多達(dá)上千個(gè)，而當(dāng)采用參數(shù)三取二模式時(shí)，讀取參數(shù)次數(shù)甚至高達(dá)數(shù)千次。目前，捷聯(lián)慣組系統(tǒng)一般采用支持I2C總線的EEPROM存儲(chǔ)芯片，該芯片讀寫(xiě)速度較慢，導(dǎo)致捷聯(lián)慣組上電初始化過(guò)程中在參數(shù)讀取階段耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，這無(wú)法滿足新產(chǎn)品對(duì)捷聯(lián)慣組就緒準(zhǔn)備時(shí)間短的要求。因此，提高捷聯(lián)慣組內(nèi)部參數(shù)讀取性能十分必要。

近年來(lái)，鐵電存儲(chǔ)器（FRAM）技術(shù)得到了飛速發(fā)展，其特點(diǎn)是速度快，能夠像RAM一樣進(jìn)行操作，讀寫(xiě)功耗極低，成為EEPROM存儲(chǔ)器的理想替代芯片，本文采用了鐵電存儲(chǔ)器作為某慣組系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的存儲(chǔ)器，使慣組系統(tǒng)上電初始化時(shí)間大為縮短，實(shí)現(xiàn)了慣組系統(tǒng)上電初始化的快速性要求。

1 相關(guān)硬件組成

捷聯(lián)慣組初始化參數(shù)主要是通過(guò)慣組內(nèi)部主控計(jì)算機(jī)板完成，而與參數(shù)讀取相關(guān)的主要芯片包括DSP芯片（TMS320C6674）、FPGA芯片（XC3S1400AN）以及FRAM芯片（FM25V20），具體連接關(guān)系，見(jiàn)圖1。

1.1 TMS320C6674

TMS320C6674是德州儀器公司推出的一款多核DSP，內(nèi)核共有4個(gè)，主頻最高達(dá)1.25GHz，同時(shí)支持定點(diǎn)與浮點(diǎn)運(yùn)算，片上資源豐富，并且支持?jǐn)U展片外DDR3。

1.2 XC3S1400AN

XC3S1400AN是賽靈思公司推出的一款140萬(wàn)門(mén)FPGA芯片，與TMS320C6674通過(guò)EMIF接口實(shí)現(xiàn)連接，通過(guò)SPI總線與FM25V20實(shí)現(xiàn)連接。

1.3 FM25V20

FM25V20芯片是賽普拉斯公司推出的一款內(nèi)含256K×8Bit、極低功耗的存儲(chǔ)芯片，可擦寫(xiě)100兆億次以上，數(shù)據(jù)保存年限為151年，雙線串行接口，支持I2C總線協(xié)議。

圖1 參數(shù)存取主要芯片連接示意圖

2 FRAM參數(shù)存取

2.1 初始化參數(shù)

捷聯(lián)慣組初始化參數(shù)主要包括陀螺修正模型參數(shù)、石英加速度計(jì)修正模型參數(shù)、刻度系數(shù)參數(shù)、零位參數(shù)、溫度補(bǔ)償參數(shù)、自標(biāo)定修正參數(shù)、系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定參數(shù)、Kalman濾波參數(shù)等。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，目前這些參數(shù)的總個(gè)數(shù)已經(jīng)達(dá)到了1210個(gè)，由于參數(shù)讀取采用了三取二模式，因此初始化參數(shù)讀取次數(shù)最高達(dá)到1210×3（次），對(duì)于原有EEPROM存儲(chǔ)器，讀取一個(gè)參數(shù)一般需要延時(shí)10～15ms，捷聯(lián)慣組初始化過(guò)程讀取所有參數(shù)則需要大概50s左右。然而，F(xiàn)RAM存儲(chǔ)器操作頻率最高達(dá)40MHz，讀取或?qū)懭肟梢愿S總線速度，因此，采用FRAM存儲(chǔ)器則可以大大降低初始化參數(shù)的讀取時(shí)間。

2.2 參數(shù)讀取

捷聯(lián)慣組上電后，初始化過(guò)程中當(dāng)讀取FRAM參數(shù)時(shí)，嚴(yán)格按照FRAM芯片的讀取流程進(jìn)行操作，操作步驟如下：判斷狀態(tài)寄存器是否就緒；賦值地址長(zhǎng)度寄存器；賦值地址寄存器；命令寄存器賦值0xda；判斷狀態(tài)計(jì)算器是否就緒；從讀數(shù)據(jù)寄存器逐字節(jié)讀取數(shù)據(jù)；復(fù)位寄存器寫(xiě)入復(fù)位指令0xff。具體流程圖參見(jiàn)圖2所示。

圖2 FRAM參數(shù)讀取流程圖

2.3 參數(shù)寫(xiě)入

捷聯(lián)慣組在工作過(guò)程中，當(dāng)需要對(duì)FRAM上的參數(shù)進(jìn)行更新時(shí)，嚴(yán)格按照FRAM芯片的寫(xiě)入流程進(jìn)行操作，操作步驟如下：（1）判斷狀態(tài)寄存器是否就緒；（2）賦值地址長(zhǎng)度寄存器；（3）逐字節(jié)將待寫(xiě)數(shù)據(jù)賦值給寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器；（4）地址值賦值地址寄存器；（5）命令寄存器賦值0x5a；（6）判斷狀態(tài)計(jì)算器是否就緒；（7）復(fù)位寄存器寫(xiě)入復(fù)位指令0xff。具體流程圖參見(jiàn)圖3所示。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)采用仿真器進(jìn)行斷點(diǎn)調(diào)試的方式，分別對(duì)采用FRAM和EEPROM進(jìn)行參數(shù)存儲(chǔ)的捷聯(lián)慣組系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果參見(jiàn)表1所示。

圖3 FRAM參數(shù)寫(xiě)入流程圖

表1 捷聯(lián)慣組初始化參數(shù)讀取

由表1可知，F(xiàn)RAM參數(shù)讀取速度極快，同時(shí)系統(tǒng)初始化完成后各數(shù)據(jù)顯示正確，設(shè)備工作正常，說(shuō)明FRAM參數(shù)讀取結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)新產(chǎn)品對(duì)捷聯(lián)慣組系統(tǒng)初始化快速性要求，采用FRAM芯片替代了原有的EEPROM芯片。試驗(yàn)表明，捷聯(lián)慣組系統(tǒng)初始化就緒時(shí)間由原來(lái)的2min左右降至1min以內(nèi)，使捷聯(lián)慣組系統(tǒng)滿足了新產(chǎn)品的要求，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。