【正文】 在本系統(tǒng)中，中頻信號的中心頻率為３．５７ＭＨｚ，采樣率為１６．３８４ＭＨｚ，用 ｌｂｉｔ量化一個采樣點，Ｃ／Ａ碼的碼率為１．０２３ＭＨｚ，則ｌｍｓ的數(shù)據(jù)可表示為Ｃ／ Ａ 碼的所有相位，即數(shù)字化后１６３８４個采樣點即可表示信號的１個周期，正確的 讀取中頻數(shù)據(jù)并解析格式是進行基帶處理的前提。 ４．１存儲空間的管理 ４．１．１存儲空間的大小 基于以上模塊的實現(xiàn)，由于ＴＭＳ３２０Ｃ６４１６ＤＳＰ芯片的存儲空間有限，如下： ?一級程序緩存Ｌ１Ｐ ●一級數(shù)據(jù)緩存ＬＩ Ｄ Ｌ２ Ｃａｃｈｅ：１６Ｋｘ８．ｂｉｔ； Ｃａｃｈｅ：１６Ｋｘ８．ｂｉｔ； ＲＡＭ／Ｃａｃｈｅ：８Ｍｂｉｔ，既可用作程序空間，也可用為數(shù)據(jù)空間。、可以 通過配置映射到普通存儲器、高速緩存或兩者的混合。 Ｃ６４ｘ ＣＰＵ使用２級的緩存結(jié)構(gòu)，大大提高了程序性能，當片內(nèi)存儲空間不 夠時，才會考慮外擴存儲空間，ＣＰＵ訪問一級緩存可以無需任何延遲，Ｃ６４ｘ ＣＰＵ 和一級緩存的時鐘頻率都為６００ Ｍ；Ｌ２是Ｃ６４ｘ的片內(nèi)內(nèi)存，大小為１Ｍ，其時 鐘頻率相比于一級緩存的時鐘頻率減半，而外部存儲器時鐘頻率是１００Ｍ－１３３Ｍ， 因此要盡量避免ＣＰＵ訪問外部內(nèi)存【３０ｌ。其存儲結(jié)構(gòu)如圖４．２所示： ＋一Ｌ１Ｐ卜一 ＣＰ Ｕ Ｌ２ 外部 總線 一Ｌ，Ｄ卜◆ 圖４．２ 外部 存儲器 Ｃ６４ｘ存儲器框圖 在基帶處理過程中，由導航電文的格式可知，導航電文的一個主幀的長度 為３０ｓ，每個子幀的長度為６ｓ，一共５個子幀【１３】，由于導航電文的循環(huán)發(fā)送，那 么處理的數(shù)據(jù)必須有３６ｓ才有可能獲取到一個完整的主幀進行定位解算。由于 Ａ／Ｄ采樣的采樣頻率為１６．３８４ＭＨｚ，ｌｍｓ的數(shù)據(jù)量為１６３８４個采樣點，３ ６ｓ的 數(shù)據(jù)有３６０００＊１６３８４個采樣點，又一個采樣點用ｌｂｉｔ量化，為了節(jié)省存儲空間， 在１Ｂｙｔｅ中存儲８個采樣點， 則一共需要約７２ＭＢｙｔｅ的空間來存儲數(shù)據(jù)，很 顯然如果不外擴存儲器或者采取其他的手段來處理數(shù)據(jù)是不能滿足需求的。 武漢理工大學碩士學位論文 在本系統(tǒng)的開發(fā)初期，為驗證應(yīng)用功能的正確性，在程序設(shè)計初期，是通 過在ＰＣ機上讀取數(shù)據(jù)文件的方式來進行程序設(shè)計的，很顯然這種讀?。粒牟?樣數(shù)據(jù)后存儲為．ｄａｔ的數(shù)據(jù)文件，然后進行下一步運算時通過讀取數(shù)據(jù)文件的 方式遠遠不能滿足實時性要求的，在ＳＥＥＤ．ＤＥＣ６４１６開發(fā)板下，本系統(tǒng)選擇對 ＤＳＰ的ＥＭＩＦ（Ｅｘｔｅｍａｌ Ｍｅｍｏｒｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）進行設(shè)置，外 擴同步動態(tài)存儲器 （ＳＤＲＡＭ），獲得存儲空間，系統(tǒng)設(shè)置的是ＥＭＩＦＡ的ＣＥ０上進行擴展，地址范 圍是８０００ ００００—８ＦＦ ＦＦＦＦ，大小為２５６Ｍ，顯然能滿足存儲需要。 Ｆ ４．１．２鏈接器配置文件（ＣＭＤ命令文件） 以上是根據(jù)系統(tǒng)需求，在已有的硬件平臺上考慮的數(shù)據(jù)存儲空間的大小問 題，另外基于ＣＣＳ的ＤＳＰ開發(fā)時代碼和數(shù)據(jù)的存儲空間可利用鏈接器配置文 件來進行配置的，稱為ＣＭＤ命令文件，其中比較關(guān)鍵的就是ＭＥＭＯＲＹ和 ＳＥＣＴＩＯＮＳ兩個偽指令的使用。 ＭＥＭＯＲＹ偽指令：用來標識實際存在的目標系統(tǒng)中可被使用的存儲器范 圍。每個存儲器范圍具有名字、起始地址和長度。 ＳＥＣＴＩＯＮＳ偽指令的作用是：描述輸入段怎樣被組合到輸出段內(nèi)；在可執(zhí) 行程序內(nèi)定義輸出段；規(guī)定在存儲器內(nèi)何處放置輸出段；允許重命名輸出段【３168。 本系統(tǒng)的ＣＭＤ文件如下所示： ＭＥＭ０１ｗ ｛ Ｌｌ： Ｌ２： Ｏ＝Ｏｈ Ｏ＝０００００ ４００ｈ Ｏ＝８００００ ０００ｈ ｌ＝０ｘ４００ ｌ＝００１００ ０００ｈ ｌ＝０２００００００ ０００ｈ 蘆ａｌｌ 產(chǎn)ａｌｌ ＳＲＡＭ ＳＤＲＡ Ｍ ＋／ ?／ ＳＤＲＡＭ： ） ＳＥＣＴｌ０ＮＳ ｛ ．ｂｏｏｔ—ｌｏａｄ＞Ｌ１ ．ｃｉｎｉｔ ．ｔｅｘｔ ＞ Ｌ ２ ＞ Ｌ ２ ＞ Ｌ ２ ＞Ｌ２ ．ｓｔａｃｋ ．ｂｓｓ ２４ 武漢理工大學碩士學位論文 ＞ ＞ ．ｃｏｎｓｔ Ｌ２ Ｌ２ Ｌ２ Ｌ２ Ｌ２ Ｌ２ Ｌ２ ．ｄａｔａ ．ｆａｒ ．ｓｗｉｔｃｈ ＞ ＞ ＞ ．ｓｙｓｍｅｍ ．ｔａｂｌｅｓ ．ＣｌＯ ＞ ＞ ＞ ．ｏＩｊＦ ｒａｍ ＳＤＲＡＭ ） Ｌ１對應(yīng)的是上節(jié)所提到的一級緩存，大小為１０２４個字節(jié)，Ｌ２為靜態(tài)存儲區(qū)， 從０００００４００ｈ地址開始，長度為３２７６８個字節(jié)，在ＳＥＣＴＩＯＮＳ的偽指令中．ｏｆｆｒａ ｍ 的設(shè)置就可對對外接ＳＤＲＡＭ的進行操作了，其起始地址為８０００００００ｈ，長度 為２５６Ｍ。 ４．１．３主要存儲空間的分配與復用 由于系統(tǒng)中存在一些固定的全局變量和表，分配相應(yīng)的空間，能夠規(guī)范程 序開發(fā)，提高空間的復用率，固定的常量歸類然后寫進．ｈ文件。 在程序設(shè)計中，涉及的主要固定常量和空間有： 每次處理的ｌｍｓ的數(shù)據(jù)量ＮＮ：１６３８４，通過調(diào)整ＮＮ的值，即可實現(xiàn)對于 不同的Ａ／Ｄ采樣頻率，軟件接收機接收機通過設(shè)置參數(shù)都可進行處理，這是硬 件接收機無法比擬的優(yōu)點； 處理的數(shù)據(jù)幀ＦＲＡＭＥＳ：３６０００，每次處理ｌｍｓ的數(shù)據(jù)，３６ｓ的數(shù)據(jù)共處 理 ３６０００次； ＤＳＰ片上數(shù)據(jù)存儲空間的分配與復用結(jié)構(gòu)圖如表４．１所示。 武漢理工大學碩士學位論文 表４．１ 標號 Ｄ１ ＤＳＰ片上主要數(shù)據(jù)存儲空間的分配與復用結(jié)構(gòu)表 用途 名稱和大小 ｉｎｔ ｉｎｔ 功能模塊 產(chǎn)生Ｃ／Ａ碼 與數(shù)字化本 產(chǎn)生并存儲公用Ｇ１碼 產(chǎn)生公用Ｇ２碼后， 進行Ｃ／ Ｇ１［１０２３】 Ｄ２ Ａ 碼的生成和數(shù)字化并存儲 產(chǎn)生并存儲ＦＦＴ和ＩＦＦ Ｔ運算 的旋轉(zhuǎn)因子Ｗ 存儲ＦＦＴ運算時的輸入數(shù)據(jù) 存儲ＦＦＴＩＮ Ｘ進行Ｆ ｈａｔ ＤＣＡ［ＮＮ?２】 地數(shù)據(jù) Ｗ［３６０００】 ＦＦＴ與ＩＦＦＴ Ｄ３ Ｄ４ Ｉｎｔ ＦＦＴｌ－Ｎ Ｘ［ＮＮ幸２】 Ｘ［ＮＮ｝２】 準備空間 Ｄ５ ＦＴ運算 時的輸出數(shù)據(jù) 對ＤＣＡ存儲的數(shù)據(jù)進行 ＦＦＴ ｉｎｔ ＦＦＴＯ ＵＴ ＦＦＴ和ＩＦＦＴ Ｄ６ 運算后的數(shù)據(jù)進行存儲； 關(guān) ｉｎｔ 運算空間 對Ｄ５和Ｄ６的結(jié)果進行碼相 ＦＦＴＯＵＴ＿ＤＣＡ［ＮＮ幸 ２】 ｈａｔ 運算后復用存儲在Ｄ６中 Ｄ７ 存儲ＩＦＦＴ運算的結(jié)果 存儲本地調(diào)整后的即時碼，并 ＩＦＦＴＯＵＴ［ＮＮ宰２】 動態(tài)跟蹤過 程的即時碼 復用 Ｄ５ 根據(jù)參數(shù)在此基礎(chǔ)上選擇超前 碼和滯后嘛 ｉｎｔ ＦＦＴＯ ＵＴ Ｘ［ＮＮ事２】 ４．２本地信號的產(chǎn)生模塊 ４．２．１本地Ｃ／Ａ碼的產(chǎn)生 在實際實現(xiàn)中，本地Ｃ／Ａ碼不可能每做一次捕獲產(chǎn)生一次，因此需要預(yù)先 產(chǎn)生３２顆衛(wèi)星Ｃ／Ａ碼后儲存在內(nèi)部空間中，以便隨后調(diào)用。 在第２章ＧＰＳ信號中對于詳述了Ｃ／Ａ碼的產(chǎn)生原理，對于Ｃ／Ａ碼的Ｇ１碼， 在軟件編程中，就是通過將十級反饋寄存器的第３級和第１０級模２反饋到第一 級，為減少硬件電路，十級反饋移位寄存器在時鐘脈沖的作用下向右移位即可 通過數(shù)組的１０２３次循環(huán)移位來實現(xiàn)，為了編程方便，在Ｃ／Ａ碼產(chǎn)生模塊的模２ 加運算也可用乘法運算來表示，但各級狀態(tài)需重新編碼表示，即（１＋１＝０，１＋０＝１， ０＋０＝０對應(yīng)．１≯１＝１，．１?１＝．１，１?１＝１），故可用．１表示１，ｌ表示０，模２運算用乘法 取代。對于Ｃ／Ａ碼的Ｇ２，其產(chǎn)生原理和Ｇ１碼的產(chǎn)生是一致的，唯一不同的是 該碼的輸出是根據(jù)衛(wèi)星的不同，其Ｇ２碼輸出的模２運算的級數(shù)不一樣，在程 序設(shè)計時建立表的方式調(diào)用。Ｃ／Ａ碼產(chǎn)生后，為了能和輸入的信號進行相關(guān)解 武漢理工大學碩士學位論文 擴，需根據(jù)Ａ／Ｄ采樣頻率將１．０２３ＭＨＺ的Ｃ／Ａ碼數(shù)字化，本文中Ａ／Ｄ采樣頻 率為１６ ３８４Ｍ｝ ｛Ｚ， 通過軟件編程， 即可實現(xiàn)１０２３個碼片轉(zhuǎn)化成１６３８４個采樣點， 其中心頻率為 碼如圖４－３所示 圖４．３ ２ｌ號衛(wèi)星的Ｃ／Ａ碼 ４．２．２本地載波的產(chǎn)生 由于多普勒頻移，信號的中心頻率為丘177。５ＫＨｚ左右的誤差，以５００Ｈｚ為 步進頻率，共產(chǎn)生２１次載波的中心頻率，記為兒１２２１１３２１＊在后續(xù)的模塊中，不 僅僅用到余弦波，還需用到正弦波，即本地載波的產(chǎn)生可表示為一個復信號的 產(chǎn)生： 一一ｅｘ妒２＂丘＋蘭） （４－１） ｎ即為經(jīng)Ａ／Ｄ采樣后表征的離散信號，ｆ為Ａ／Ｄ采樣頻率，在本文中Ａ／Ｄ 采樣頻率為１６ ３８４Ｍ，則”的取值范圍為Ｏ叫１６３８４—１），調(diào)用正余弦函數(shù)可產(chǎn)生 ２１個估計的載波復信號。圖４－４為在ＣＣＳ環(huán)境下產(chǎn)生的本地載波： 圖４＿４本地產(chǎn)生載波 由于ＴＭＳ３２０Ｃ６４１６ＤＳＰ芯片是高速定點芯片，通過調(diào)用庫函數(shù)產(chǎn)生如上的 正余弦函數(shù)會影響整體程序性能和運算，本文采用的手段是將浮點轉(zhuǎn)換為定點 武漢理工大學碩士學位論文 運算，并減少庫函數(shù)的調(diào)用，在后面章節(jié)將予以介紹如何產(chǎn)生正余弦的函數(shù)。 ４．３捕獲的實現(xiàn)與優(yōu)化 在第２章中已詳細闡述了ＧＰＳ信號捕獲的捕獲原理，以及本文采用基于 ＦＦＴ的并行碼相串行載頻捕獲策略的基本流程。其軟件的完整流程如圖４．５所 不： 圖４．５完整的捕獲流程框圖 在編成過程中針對每一顆衛(wèi)星需循環(huán)２１次，對衛(wèi)星進行遍歷搜索為３２次， 武漢理工大學碩士學位論文 Ｇ２碼有３２種抽頭模式，一共有３２種本地偽碼，一共有３２＂２１次循環(huán)。 ４．３．１ ＦＦＴ算法在ＤＳＰ下的實現(xiàn)與優(yōu)化 快速傅立葉變換（Ｔｈｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅ ｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ＦＦＴ）運算是并行碼相串行載頻 捕獲策略實現(xiàn)快速捕獲的關(guān)鍵，時域的偽碼相關(guān)運算經(jīng)ＦＦＴ轉(zhuǎn)變大大的降低了 算法的運算量。ＦＦＴ是離散傅立葉變換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ 快速算法， 于實際 變?yōu)楝F(xiàn)實【３４】。其中ＤＦＴ公式為： Ｘ（七）＝∑“～ｎ形夕，ｋ＝ｏ，１…．，Ⅳ一ｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ＤＦＴ）的一種 ＦＦＴ使ＤＦＴ的次數(shù)由Ｎ２減少到Ｎｌ０９２（Ｎ）次，使ＤＦＴ應(yīng)用 Ｘ 其中蝶形因子為： （４?２） 時＝Ｐ。２ｊｎｎｋⅢ （４－３） ＴＩ公司基于ＤＳＰ芯片所開發(fā)的算法函數(shù)庫，大大的降低了ＤＳＰ系統(tǒng)的開發(fā) 周期，對于一些比較成熟的數(shù)字信號處理算法，調(diào)用庫函數(shù)是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的 最優(yōu)選擇。Ｃ６４ｘＤＳＰＬＩＢ提供了八種ＦＦＴ的函數(shù)，那么我們只需要了解函數(shù)格 式和精度，輸入相對應(yīng)的參數(shù)，調(diào)用滿足系統(tǒng)的函數(shù)，即可實現(xiàn)該關(guān)鍵算法【３５１。 Ｃ６４ｘＤＳＰＬＩＢ提供了八種ＦＦＴ的函數(shù)都是基于定點數(shù)的運算，在調(diào)用函數(shù) 時，需將浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為定點數(shù)且滿足調(diào)用函數(shù)的精度要求，一般使用Ｑ．ｆｏｒｍａｔ 的格式表示，Ｑ越大表示數(shù)值范圍越小而精度越高；Ｑ越小表示數(shù)值范圍越大 而精度就越低。浮點數(shù)（ｘ）與定點數(shù)（藝）的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：毛＝（ｉｎｔ）ｘ＊２Ｑｔ３５ １。 例如Ｑ．１５格式，用定點數(shù)表示浮點數(shù)，數(shù)值范圍為．１到０．９９９９６９５，精度為１／２”； Ｑ．３１格式，用定點數(shù)表示浮點數(shù)值范圍為一１到Ｏ．１９９ ９９９ ９ ９ ９９ ５３４，精度為 １／２３ｌ。表４．２描述了適合在Ｃ６４ｘ系列平臺上并進行優(yōu)化后ＦＦＴ函數(shù)數(shù)據(jù)精度 要求： 表４－２ ＦＦＴ函數(shù)數(shù)據(jù)精度要求 函數(shù)名 ＤＳＰ—ｆｉｔｌ６ｘ１６ ｔ ＤＳＰ—ｆｆｔ３２ｘ３２ 旋轉(zhuǎn)因子 Ｑ．１５ Ｑ．３ １ 輸入／輸出數(shù)據(jù) Ｑ．１５ Ｑ．３ １ 但是由于捕獲算法還需執(zhí)行ＩＦＦＴ庫函數(shù)，該函數(shù)的輸入輸出精度均為 Ｑ．３ １，故ＦＦＴ運算選用ＤＳＰ—ｆｆｔ３２ｘ３２函數(shù)。函數(shù)ｖｏｉｄ ＤＳＰ＿ｆｆｔ３２ｘ３２（ｃｏｎｓｔ ｉｎｔ簟 武漢理工大學碩士學位論文 ｒｅｓｔｒｉｃｔ ｗ，ｉｎｔ ｆｉＸ，．ｉｎｔ｝ｒｅｓｔｒｉｃｔ ｘ，ｉｎｔ｝ｒｅｓｔｒｉｃｔ ｙ）蝶形因子Ｗ、輸入和輸出數(shù)據(jù)格式 為３２－ｂ“， 缸型數(shù)據(jù)，ｎｘ為１６—３２７６８之間且必須為２的冪的形式，其中蝶形 因子Ｗ，輸入Ｘ，輸出Ｙ實部和虛部應(yīng)成對出現(xiàn)【３６】－。調(diào)用該函數(shù)時應(yīng)注意精度 問題，但由于該庫函數(shù)并沒有做防溢出的調(diào)整，所以輸入的數(shù)據(jù)必須嚴格的限 制防止ＦＦＴ計算時的溢出，對該庫函數(shù)而言，輸入數(shù)據(jù)的大小必須限制在 ２＾（１０＆（Ｎ））以內(nèi)（Ｎ為輸入點數(shù)的多少）。故在捕獲程序中，調(diào)用ＦＦＴ函數(shù)用到的 輸入數(shù)據(jù)做了乘以２１４７４８３６４７（２３１）實現(xiàn)定點化外，再除以了ＮＮＯ附是進行Ｆ ＦＴ 運算的數(shù)據(jù)量）。根據(jù)庫函數(shù)提供了計算ＦＦＴ運算所消耗的機器周期Ｃｙｃｌｅ＝［１０ ?（ｎｘ／４＋１）＋ｌＯ］宰ｃｅｉｌ［１０９４（ｎｘ）一１】＋６書（ｎｘ／４＋２）＋２７，計算１６