應用于小型彈載解算平臺的NandFlash智能化設計方案

許廷金，李 杰，胡陳君，高 寧

(1.中北大學 電子測試技術(shù)重點實驗室，山西 太原 030051；2.蘇州中盛納米科技有限公司，江蘇 蘇州 215123)

0 引 言

為了適應未來信息化、制導化的作戰(zhàn)特點，實現(xiàn)低成本常規(guī)彈藥打擊精度高的作戰(zhàn)指標，新型彈載導航系統(tǒng)不僅需要具備強大的抗干擾能力和良好的環(huán)境適應性，還要具備體積小、精度高、容量大等優(yōu)點[1].導航解算平臺的解算精度對彈體的飛行軌跡有著至關(guān)重要的作用，而外場試驗環(huán)境千變?nèi)f化，諸多參數(shù)(如：射向、發(fā)射地經(jīng)緯高等)在發(fā)射前短時間內(nèi)才能確定，若在發(fā)射前修改應用程序，修改后的程序未經(jīng)長期測試，可能會產(chǎn)生隱患，降低系統(tǒng)可靠性.因此進行現(xiàn)場參數(shù)裝訂至關(guān)重要.此外由于C6000系列DSP內(nèi)部沒有自帶Flash，所以用戶應用程序需要存儲在外部Flash中[2]，而NorFlash寫入和擦除速度較慢且容量小，不滿足新型彈載導航系統(tǒng)的大容量應用需求.

基于以上分析，本文選用NandFlash(K9K8G08U0M)作為系統(tǒng)的存儲芯片.NandFlash具有快速訪問、低功耗、抗震性、體積小、重量輕等特性，并且穩(wěn)定性良好，即使在系統(tǒng)電源關(guān)閉的情況下仍可保存數(shù)據(jù)[3]，能夠滿足彈載導航解算平臺的應用需求.

1 系統(tǒng)設計方案

1.1 系統(tǒng)存儲方案設計

彈載導航系統(tǒng)以DSP為解算主控芯片，DSP上電復位后，根據(jù)預設的啟動模式，DSP控制NandFlash將應用圖像腳本自動加載到片內(nèi)SRAM中，程序在片內(nèi)SRAM中高速運行[4]，同時讀取NandFlash中預設位置提前裝載的參數(shù)信息發(fā)送到上位機實時顯示，對裝訂信息進行校對，最后DSP接收FPGA打包的IMU和GPS數(shù)據(jù)進行實時導航解算，并將解算數(shù)據(jù)存儲到NandFlash中.詳細結(jié)構(gòu)如圖1 所示.

1.2 TMS320C6748與K9K8G08U0M的硬件連接

圖2 DSP與NandFlash硬件連接圖Fig.2 DSP and NandFlash hardware connection diagram

2 TMS320C6748的NandFlash程序加載原理

BOOT過程，就是處理器的自動加載啟動過程，就是處理器在上電或復位后，根據(jù)BOOT引腳設定的不同的加載模式，將可執(zhí)行代碼(AIS)自動加載到內(nèi)存中，并正確運行程序的過程[6-7].TMS320C6748內(nèi)部集成了自動加載器(Rom Boot Loader)來實現(xiàn)Boot過程，RBL存儲在0x00700000～0x007FFFFF的1 024 KB的L2ROM空間內(nèi)，該空間只能用來開機引導，不可存放應用代碼，其啟動模式配置如表1 所示.用戶應用程序能被DSP正確引導的前提是將其轉(zhuǎn)化成AIS腳本[8-9]，DSP內(nèi)部ROM區(qū)固化程序通過識別AIS格式指令將用戶應用程序加載到L2RAM(0x11800000-0x1183FFFF)中，并從指定初始地址(0x11800000)開始運行.

表1 TMS320C6748啟動模式Tab.1 TMS320C6748 boot mode

TMS320C6748上電復位后，首先確定啟動模式是否為NandFlash，即Boot[7:0]=0000 1110，隨后查詢AIS文件中的魔術(shù)子指令(0x41504954)、初始化配置指令(0x5853590D)、段加載指令(0x58535901)、Jump&Close指令(0x58535906)、Jump&Close指令(0X58535906)后緊跟應用程序起始地址，其代表AIS文件結(jié)束，隨后Bootloader將控制權(quán)轉(zhuǎn)交到應用程序并在起始地址開始執(zhí)行.

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 NandFlash的分區(qū)與讀寫時序

NandFlash被劃分為3部分，如圖3 所示，能被DSP識別的應用程序生成的AIS腳本文件存儲在Block1中，隨時可能需要修改的參數(shù)裝載到Nandflash的參數(shù)裝訂區(qū)，數(shù)據(jù)量較大的導航解算數(shù)據(jù)存儲在后面剩余的非壞塊中.

圖3 NandFlash分區(qū)示意圖Fig.3 NandFlash partition diagram

圖4 TMS320C6748對K9K8G08U0M的讀時序Fig.4 TMS320C6748 read timing for K9K8G08U0M

圖5 TMS320C6748對K9K8G08U0M的寫時序Fig.5 TMS320C6748 write timing for K9K8G08U0M

3.2 DSP功能程序燒寫與參數(shù)裝訂原理

系統(tǒng)上電啟動后，DSP啟動復位，在CCS5.5運行NandFlash燒寫程序，首先執(zhí)行塊擦除命令(0x60+0xD0)擦除整片NandFlash，然后將用戶應用程序生成的AIS文件寫入NandFlash AIS存儲區(qū)，該程序此后不做修改.外場試驗參數(shù)確定后，進行外場參數(shù)裝訂，執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲區(qū)擦除命令，即首先寫入數(shù)據(jù)存儲區(qū)首地址，然后執(zhí)行擦除命令，其具體工作流程如圖6 所示.

圖6 AIS燒寫與參數(shù)裝訂流程圖Fig.6 AIS programming and parameter binding flow chart

3.3 系統(tǒng)總體功能運行流程圖

系統(tǒng)外場試驗參數(shù)裝訂完畢后，通過系統(tǒng)預留串口將讀取到的參數(shù)發(fā)送到上位機進行校對，若系統(tǒng)收到參數(shù)錯誤指令，則需重新裝訂，若系統(tǒng)收到參數(shù)正確指令，則系統(tǒng)進行后續(xù)導航解算，其具體工作流程如圖7 所示.

圖7 系統(tǒng)總體工作流程圖Fig.7 System overall work flow chart

4 實驗結(jié)果

為了驗證設計方案的可行性，將系統(tǒng)固定在裝有高精度定位定姿系統(tǒng)的試驗車上進行地面驗證試驗.首先將中北大學位置信息和重力加速度等信息裝載到NandFlash參數(shù)裝訂區(qū)，擦除數(shù)據(jù)存儲區(qū)，系統(tǒng)下電.系統(tǒng)再次上電，DSP正常啟動后通過串口(UART2)將讀取的參數(shù)發(fā)送到上位機解碼，顯示結(jié)果如圖8所示，讀取參數(shù)值與預設參數(shù)一致，說明DSP能正確進行程序引導，同時也說明參數(shù)裝訂正確，點擊參數(shù)裝訂正確指令，系統(tǒng)收到應答指令后開始周期導航解算.

圖8 參數(shù)裝訂上位機顯示界面Fig.8 Parameter binding upper computer display interface

FPGA將IMU,GPS數(shù)據(jù)編幀后通過UPP傳輸?shù)紻SP進行解算，此后在DSP中與導航解算數(shù)據(jù)一起編幀存儲到NandFlash數(shù)據(jù)存儲區(qū).試驗結(jié)束后，讀取導航數(shù)據(jù)存儲區(qū)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)解析得到導航解算姿態(tài)角、速度，圖9、圖10 分別為系統(tǒng)解算得到的姿態(tài)角、速度信息與高精度母慣導輸出的對比圖.

圖9 姿態(tài)角對比圖Fig.9 Attitude angle comparison chart

由圖9、圖10 可知，解算數(shù)據(jù)能正常存儲.說明基于DSP的NandFlash程序引導、參數(shù)裝訂、數(shù)據(jù)存儲功能正常.

圖10 速度對比圖Fig.10 Speed comparison chart

5 結(jié) 論

本文針對外場試驗環(huán)境的復雜性以及彈載導航解算平臺的小體積與大容量應用需求，設計了一種基于DSP控制NandFlash的多功能存儲方案，該方案利用一塊NandFlash同時完成了程序引導、外場參數(shù)裝訂、數(shù)據(jù)存儲等功能，減小了系統(tǒng)的體積，提高了NandFlash的使用效率，增強了系統(tǒng)可靠性和便利性.