原標題：基于可編程邏輯器件實現航姿計算機的設計

基于可編程邏輯器件（如FPGA）實現航姿計算機的設計，旨在滿足捷聯慣導系統中對高速、實時數據采集和航姿解算的需求。以下是對這一設計過程的詳細闡述：

一、設計背景與需求

航姿計算機在捷聯慣導系統中扮演著重要角色，它需要實時采集多種傳感器的測量數據（如大氣傳感器、IMU、磁羅盤等），并進行高精度的航姿解算。傳統的DSP芯片在處理多接口、高頻率數據傳輸時，可能面臨實時性難以保證的問題。而FPGA具有豐富的硬件資源，能夠實現多模塊并行工作，且工作頻率高，因此成為實現航姿計算機的理想選擇。

二、系統總體設計

1. 硬件結構

• 核心處理器：采用FPGA作為主控制器，負責系統的時序控制、邏輯控制以及多種通訊接口的實現。

• DSP處理器：作為從處理器，專門用于航姿解算，提高計算精度和效率。

• 傳感器接口：包括ARINC429、RS422、SPI等多種接口，用于與傳感器通信，采集測量數據。

• 輸出接口：將航姿信息和系統狀態發送至飛參記錄儀、顯示儀表等設備。

2. FPGA芯片選擇

• 根據系統需求，選擇合適的FPGA芯片，如ACTEL公司的APA300芯片。

• 使用VHDL或Verilog等硬件描述語言在開發環境中（如LibroIDE）對FPGA進行編程和配置。

三、關鍵接口設計

1. RS422通訊接口

• 功能：用于與IMU、大氣傳感器、磁羅盤等外部設備通信。

• 實現：設計四個并行的RS422接口模塊，每個模塊通過FPGA控制MAX3140芯片實現。采用通用的實體設計，通過控制和監測UART的五個管腳（SCLK、CS、DIN、IRQ、DOUT），完成信號的接收和發送。

2. ARINC429通訊接口

• 功能：用于接收主慣導的測量數據，并將飛行參數發送給記錄儀。

• 實現：采用控制接口芯片的方式實現，如使用美國HARRIS公司的HI-3584和HI-8585芯片組合。在FPGA中設計并行進程，控制和監測芯片的復位信號、發送接收時鐘信號、讀寫控制信號和數據信號，完成信號的接收和發送。

3. SPI接口

• 功能：用于與AD采樣芯片通信，采集模擬量。

• 實現：選擇TI公司的TLV2548芯片作為AD采樣芯片，通過SPI方式與FPGA通信。在FPGA中設計并行進程，控制和監測中斷信號、接收時鐘信號、片選信號、數據輸入信號和數據輸出信號，完成8路模擬量的采集。

4. 與DSP的并行接口

• 功能：用于FPGA和DSP之間的數據通信。

• 實現：通過16位并行接口完成數據通信。FPGA根據DSP的時序進行復位和數據讀寫操作，使用FPGA中的變量臨時存儲數據，提高實時性和可靠性。

四、系統時序與邏輯控制

1. 高速實時性

• 采用總體并行設計，各個通訊模塊幾乎完全獨立地工作，互不占用資源，滿足高效性和實時性的要求。

2. 總體時序有序

• 系統的整體時序和邏輯由FPGA中的頂層實體控制實現。上電后，FPGA控制系統完成各部件的上電自檢后，各接口開始并行工作，按照自己的工作時序接收、發送數據。

3. 數據準確性

• 考慮到FPGA中邏輯門的時間延遲，需要嚴格設計時序，避免野值數據的產生，確保數據的準確性。

五、設計驗證與優化

1. 仿真試驗

• 通過模擬數據仿真試驗，驗證系統的功能正確性和性能穩定性。

2. 跑車試驗

• 在實際環境中進行跑車試驗，進一步驗證系統的可靠性和實時性。

3. 優化與改進

• 根據試驗結果，對系統進行優化和改進，提高系統的性能和可靠性。

綜上所述，基于可編程邏輯器件實現航姿計算機的設計，通過合理選擇FPGA芯片、設計關鍵接口、控制系統時序與邏輯，以及進行仿真和跑車試驗驗證，能夠滿足捷聯慣導系統對高速、實時數據采集和航姿解算的需求。