将按照上述流程设计的程序在FPGA中进行测试。将FPGA串口和PC机连接，采用115 200波特率连续工作3分钟，收发均无错误字节。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/249384.htm

3.1.2 双RAM缓冲机制

由于串口外设的波特率是115 200，属于低速外设，因此在串口数据和DSP之间采用双端口RAM作为缓冲区。由于此FPGA上自带片上RAM，因此可以利用开发环境自带的IP核生成片上双端口RAM，不用额外增加片外RAM器件(图1)。双端口RAM的实体定义和读写时序：

将每个RAM中的最后一个字节作为反映RAM存储状态的状态字。RAM的状态字代表的含义如下：

bit0：1-串口接收到新数据帧 0-无新数据帧;

bit1：1-数据已经被读取 0-数据未被读取;

惯导和导引头向弹载机每6 ms传输一帧数据，将数据存储到双端口RAM中，同时将bit0置‘1’，bit1清零，即RAM状态为“新数据帧未被读取”。由于惯导和导引头的数据不同步，因此DSP每1ms就查询一次RAM的状态字。若接收到新的数据帧(bit0=1)，则读取RAM数据，并将“数据被读取”位置1(bit1=1)。这样，惯导和导引头给DSP发送的数据延迟不超过1 ms，可以认为惯导和导引头的数据是实时同步的。

在串口接收数据期间，如果串口和DSP在同一时间操作RAM，可能导致DSP读取到帧错乱的数据。为了保证数据帧的完整，不使两者同时读取RAM，采用双RAM缓冲机制，即为每个串口配置2个双端口RAM的作为缓冲，如图5所示。串口数据接收程序通过查询RAMa和RAMb的状态字，若bit1=1，则将接收到的数据帧存储到对应的RAM中，完成之后将bit0置1，bit1清0，这个周期为6 ms。与此同时，DSP每1 ms查询一次RAMa和RAMb，若bit0为1，则读取对应RAM中的数据帧，同时将bit0清0。bit1置1。串口数据发送过程与接收类似，数据传输方向相反。

采用双RAM缓冲机制，使得串口和DSP不在同一时间访问同一RAM区，避免了错帧和丢帧，同时保证了数据传输的实时性。

3.2 DSP软件设计

DSP软件设计采用模块化设计方式，分为应用层和底层软件两部分。应用层软件主要实现飞控流程和飞控算法;底层软件主要实现数据格式的转换，以便通过DSP总线和FPGA进行数据交换。

3.2.1 应用层软件设计

外部的惯导和导引头6 ms产生一次数据，DSP开启1ms的定时器中断，在中断中每1 ms查询一次双端口RAM的状态字，判断是否有新数据产生，这样采集的数据延迟不会超过1 ms。飞控解算的周期为6 ms，遥测数据发送的周期为12 ms，在定时器中断程序中完成飞控解算和遥测数据发送。

中断服务程序每1 ms运行一次，每次首先查询导引头和惯导有没有更新数据，再读取新数据存储在全局结构体里。每6ms用全局结构体里得到的新数据解算一次飞控指令，得到舵机的输出角度，输出舵控指令，控制舵机。流程如图6所示。

3.2.2 底层软件设计

DSP底层软件主要完成外部数据交换和数据格式的转换。DSP通过XINTF产生读写时序(图2图3所示时序)，FPGA也设计与之相匹配的时序完成两者之间的数据交换。

DSP应用层软件使用的是浮点数，而DSP和FPGA之间只能传递二进制数，因此需要按照IEEE标准进行浮点数和二进制数之间的转换。根据IEEE标准，可以用32位，即8个字节表示一个浮点数。如果将代表浮点数的4个字节组合成32位的整型数inte32，进行强制类型转换皆可以得到浮点数，转换函数如下：

将浮点数转换成整型数的方法与此类似。底层软件按照上述方法实现数据转换，供应用层调用。

4 系统验证

弹载机实物设汁制作完成之后可以利用半实物仿真平台进行测试，该半实物仿真平台由上位机、惯导、舵机和三轴转台组成。如图上位机的作用是模拟导弹动力学模型和导引头信息，并控制三轴转台运动模拟导弹姿态。导弹的运动信息由惯导测量之后发送给飞控计算机，飞控计算机根据运动信息解算出舵机控制量控制舵机转动，同时将遥测数据发送给上位机。上位机采集舵机反馈的实际角度，将其代入导弹动力学模型，计算导弹姿态，控制三轴转台，这样就形成了完整的半实物仿真回路。

仿真实验中，首先不接入飞控计算机，由仿真计算机中的控制系统数学模型直接实现控制算法，所得导弹运动轨迹如图8所示;将飞控计算机接入仿真回路，由飞控计算机实现制导控制算法所得运动轨迹如图9所示。

由图8和图9的对比可以看出，飞控计算机接入之后飞控系统工作正常，导弹飞行轨迹基本一致，飞控计算机控制效果理想。

5 结论

文中提出了一种基于DSP+FPGA的飞控计算机设计方法，在半实物仿真系统中验证了其性能，满足设计要求。解决了在多数字弹上设备存在情况下的数据帧实时同步问题。由于FPGA可以通过编程实现各种时序，所以此飞控计算机可以扩展为除了RS422外部接口外的其他多种数字设备接口，满足模块化、通用化的实际应用需求。