針對(duì)飛行試驗(yàn)中飛行時(shí)間受存儲(chǔ)容量限制的問題,設(shè)計(jì)出一種可以實(shí)時(shí)壓縮PCM碼圖像數(shù)據(jù)的遙測記錄存儲(chǔ)器。該記錄器采用DSP+ARM+FPGA架構(gòu)設(shè)計(jì),使用H.264算法對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮,節(jié)省存儲(chǔ)空間延長飛行時(shí)間;選用雙口RAM的DSP-FPGA接口,簡化布線空間提高傳輸速度;運(yùn)用星載大容量NAND FLASH管理方法,解決信息存儲(chǔ)失敗及故障掉電問題;提出一種裸機(jī)與系統(tǒng)編程并存的開發(fā)模式,安全可靠并不失靈活。最后通過實(shí)驗(yàn)證明,DSP與FPGA的互聯(lián)接口實(shí)現(xiàn)了高達(dá)34 MB/s的傳輸速度,最高兼容272 Mb/s碼率;H.264壓縮算法應(yīng)用于遙測采集平臺(tái)切實(shí)可用,對(duì)2個(gè)多小時(shí)的圖像數(shù)據(jù)壓縮可以達(dá)到88倍的壓縮比,即最低延長88倍飛行采集時(shí)間。 

【文章來源】：火力與指揮控制. 2020,45(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【圖文】：

DSP-FPGA接口由于本系統(tǒng)需要FPGA實(shí)時(shí)傳遞解析后的圖像

量、高速率的遙測記錄器，賦予飛行器超遠(yuǎn)距離采集能力。1系統(tǒng)架構(gòu)問題多核架構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展主要以SOC（SystemonChip，片上系統(tǒng)）為主，其中ARM提供控制處理能力，DSP提供計(jì)算能力，F(xiàn)PGA提供并行處理能力［3］，因此，遙測記錄器要適應(yīng)多樣化的采集條件，向多核架構(gòu)轉(zhuǎn)變實(shí)屬必要。多核架構(gòu)的開發(fā)模式多以linux為主，其開發(fā)工作主要集中在平臺(tái)移植，然而實(shí)際遙測環(huán)境中存在沖擊、震動(dòng)等惡劣因素，故而選用最合適也最為安全的裸機(jī)開發(fā)方法，但是裸機(jī)開發(fā)模式下實(shí)現(xiàn)H.264圖像壓縮算法又將帶來新的難題［4］，如圖1所示，故本文的重點(diǎn)工作就是解決這些難題并對(duì)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化。圖1待解決問題2解決方案2.1接口問題與解決多核SOC最難避免也是最直接的一個(gè)問題就是接口問題，包括DSP與ARM的通信問題、FPGA與DSP的接口選擇問題等等，前者的最佳解決方案是利用達(dá)芬奇架構(gòu)，采用融合DSP與ARM核的DSP芯片來實(shí)現(xiàn)。后者經(jīng)過多年的發(fā)展，解決方案根據(jù)不同的情形有多種的選擇，如圖2所示。圖2DSP-FPGA接口由于本系統(tǒng)需要FPGA實(shí)時(shí)傳遞解析后的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較大，所以接口選擇EMIF（ExternalMemoryInterface），并采用異步傳輸模式。FPGA端編寫一個(gè)雙口RAM作為DSP的外部SRAM，流程如圖3所示。圖3接口操作流程·136·1662

圖4存儲(chǔ)選型在傳統(tǒng)的壞塊管理方案中，塊屬性信息僅在每塊的空余區(qū)和存儲(chǔ)控制CPU的緩存中記錄，當(dāng)NANDFLASH達(dá)到最大使用壽命而出現(xiàn)壞塊時(shí)，繼續(xù)對(duì)壞塊操作無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與安全性。CPU緩沖中數(shù)據(jù)掉電丟失，再次上電還需掃描空余區(qū)重建塊屬性信息。因此，用空余區(qū)標(biāo)記的方式對(duì)使用壞塊進(jìn)行標(biāo)記可能出現(xiàn)標(biāo)記失敗，無法正確識(shí)別壞塊。所以本文采用一種應(yīng)用于星載存儲(chǔ)器的獨(dú)立存儲(chǔ)壞塊信息的方式［6］，在NAND中構(gòu)建一塊壞塊信息管理專屬區(qū)，主要解決信息存儲(chǔ)失敗或故障掉電引起的壞塊信息更新不完全問題。圖5NAND管理流程圖2.3軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)遙測采集作業(yè)中，除了對(duì)硬件系統(tǒng)要求必須達(dá)到工業(yè)級(jí)別外，對(duì)軟件的設(shè)計(jì)也有一定的限制：遙測記錄器無法與地面基站實(shí)時(shí)通信，采集過程中不允許發(fā)生類似windows系統(tǒng)的未響應(yīng)錯(cuò)誤，所以軟件編程必須嚴(yán)謹(jǐn)有效，采用循環(huán)加中斷的裸機(jī)開發(fā)。而相對(duì)地面上傳則沒有太多要求，可以搭建linux系統(tǒng)來進(jìn)行傳輸，因?yàn)槠洳粌H能提供完善的網(wǎng)絡(luò)層傳輸協(xié)議，而且附帶的測試工具以及調(diào)試模式都會(huì)加快系統(tǒng)的開發(fā)周期［7］。圖6軟件分區(qū)圖裸機(jī)模式下的H264編碼存儲(chǔ)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵工作，本文軟件編寫在windows系統(tǒng)下的CCS3.3中完成，通過XDS560PLUS仿真器實(shí)時(shí)調(diào)試，編程端分為C6400PLUS_0子端編程和ARM926_0子端編程［8］。ARM與DSP共享4G內(nèi)存空間（有部分內(nèi)存屬于各自獨(dú)有），雙核通信通過達(dá)芬奇特有的中斷結(jié)構(gòu)進(jìn)行：首先把數(shù)據(jù)放在兩方能夠訪問的內(nèi)存上，然后給對(duì)方一個(gè)中斷，對(duì)方在中斷中接收傳遞過來的數(shù)據(jù)，傳遞過程等待用函數(shù)wait_XXX_sync（）實(shí)現(xiàn)。本文重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)H264算法裸機(jī)編程，所以對(duì)ARM啟動(dòng)流程不作詳細(xì)解釋，其啟動(dòng)流程需要注意的有：1）上電啟動(dòng)模式不能選擇NANDFLAS

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3486703