GPS信号中断时惯性导航芯片的位置

基于惯性导航芯片ADIS16003，在GPS信号中断的情况下，对模拟GPS系统进行了详细设计和验证，并计算了当前运动物体的GPS信息. 该系统采用FPGA来驱动ADIS16003的SPI接口，依靠惯性导航原理获得运动物体的实时加速度，并通过外部中断通知DSP从EMIF接口读取. DSP在信号中断之前使用有效的GPS信息，通过相关的位置检测算法来计算GPS纬度和经度信息，并通过HPI接口将其报告给高层，从而确保了GPS的全天候位置感测能力运动物体，并已在大型通信系统中应用.

1惯性导航芯片简介

ADIS16003是一款具有SPI接口的低成本，低功耗ADI双轴加速度计，它是MEMS传感器器件. 它可以测量动态和静态加速度，并作为数字量输出. 最小测量范围可以达到±1.7 g. 同时gps芯片工作原理，它还集成了温度传感器，可用于惯性导航，振动检测和稳定性测试.

SPI是串行设备接口，最初由Motorola在其MC68HCXX系列处理器上定义. 它已广泛用于EEPROM，闪存，实时时钟，A / D转换器，数字信号处理器和数字信号. 它是高速全双工同步通信总线. SPI通信仅需要4条线，即SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟）和CS（片选）. 通过数据交换完成通信. SPI接口使用串行通信协议，SCK提供时钟脉冲，SDI和SDO基于此脉冲完成数据传输. 数据输出通过SDO线. 数据在时钟的上升沿或下降沿改变，并在紧随其后的下降沿或上升沿读取，从而完成了一位数据传输. 数据输入使用相同的原理.

ADIS16003的SPI接口通信序列和控制寄存器配置如图1和图2所示. 其中，常用的控制字为00000100和00001100，这表明X轴和Y轴双轴加速度为以正常模式收集.

2系统工作原理及主控信号说明

本文研究了在移动终端上没有GPS信息的情况下如何使用SPI协议在FPGA与惯性导航芯片ADIS16003之间建立通信，从而获得当前运动物体的加速度. DSP将通过EMIF接口读取此加速度，并根据先前有效的GPS信息计算当前的一般GPS信息（纬度，经度，速度，时间等）.

2.1工作原理

FPGA驱动的ADIS16003惯性导航芯片包括两种模式: 初始启动和正常启动.

（1）初始启动模式

FPGA上电后自动启动ADIS16003芯片，配置ADIS16003控制寄存器，读取芯片测量的双轴轴向加速度的初始值，并将其存储在EMIF接口的0x068〜0x069地址空间中供DSP读取并使用它进行纠错（此模式在移动终端处于静止状态时起作用，并且该模式仅由DSP读取一次）.

（2）正常启动模式

完成初始启动模式后，FPGA将自动切换至数据采集阶段，并通过SPI接口连续从ADIS16003芯片收集双轴轴向加速度，以供DSP使用. 每秒和每0.125 s收集8次加速度. 每秒将获得八组结果，即ax0ay0，ax1ay1，ay2ay2，ax3ay3，ax4ay4，ax5ay5，ax6ay6和ax7ay7，它们分别存储在FGPA（非EMIF接口）内部的八个中间寄存器单元reg0至reg7中. 输出结果为12＆TImes; 2位，存储在32位寄存器组中），并随时间不断刷新. 这样做的目的是确保始终将最近1 s内的移动物体的加速度信息存储在这8个寄存器组中gps芯片工作原理，以确保加速度信息的准确性和有效性. 当CPU通过GPS接收天线检测到GPS信息丢失时，CPU通过PCI接口将spi_cmd_val信号（高电平有效）分配给FPGA，并通过HPI接口给它

DSP写入信息之前2 s的GPS信息（包括纬度，经度，速度和时间）作为定位基点丢失. FPGA检测到spi_cmd_val信号有效后，立即将存储在中间寄存器单元reg0至reg7中的瞬时加速度发送到EMIF接口的地址单元0x060至0x067（32位），同时拉高int_spi_done信号产生一个外部中断（将DSP引脚拉低），通知DSP从EMIF接口读取加速度信息，并通过后续的软件算法执行信号处理，以将其转换为移动终端的经度和纬度信息. 然后通过DSP的HPI接口上报给CPU，上层可以获得移动终端当前的GPS信息，即完成了GPS位置信息的仿真. 表1中列出了加速度存储格式. 它包含初始和瞬时加速度值，总共占用10个32位EMIF接口的地址单元.

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