基于DSP的MEMS陀螺儀信號處理平臺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2 MEMS陀螺儀信號處理平臺系統(tǒng)任務(wù)分析

MEMS信號處理系統(tǒng)劃分為三個獨(dú)立的任務(wù)：數(shù)據(jù)采集任務(wù)、陀螺信號處理任務(wù)和上位機(jī)通信任務(wù)。各個任務(wù)之間通過DSP／BIOS的旗語信號量進(jìn)行同步和協(xié)調(diào)。

數(shù)據(jù)采集任務(wù)是負(fù)責(zé)對MEMS陀螺的信號進(jìn)行采集。該任務(wù)是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，優(yōu)先級最高，執(zhí)行時間比其他任務(wù)短，因此選用DSP／BIOs的硬件中斷模塊(HWI)。硬件中斷模塊(HWI)具有嚴(yán)格的實(shí)時性和高優(yōu)先級，一旦SPIFIFO接收寄存器被外部ADC寫滿，立即產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，CPU立即掛起當(dāng)前的任務(wù)，調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)程序數(shù)據(jù)采集任務(wù)，將FIFO緩沖區(qū)內(nèi)的采樣值讀入接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，啟動后續(xù)采樣。這時中斷服務(wù)程序退出，CPU的控制權(quán)返還給先前的任務(wù)。

陀螺信號處理任務(wù)負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)字量信號進(jìn)行小波除噪和溫度補(bǔ)償?shù)人惴ㄌ幚?。在設(shè)計(jì)時引入了DSP／BIOS的另一種線程類型TSK來實(shí)現(xiàn)。任務(wù)是獨(dú)立使用的CPU進(jìn)程，真正體現(xiàn)了多線程的思想，支持阻塞和優(yōu)先級搶斷。

TSK共有15個優(yōu)先級，每個任務(wù)均有自己獨(dú)立的堆棧，響應(yīng)延時比較長，適合對實(shí)時性要求不是很高的進(jìn)程。TSK對象的優(yōu)先級低于硬件中斷(HWI)，可根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和當(dāng)前執(zhí)行狀況調(diào)度或搶占任務(wù)。陀螺信號處理任務(wù)在數(shù)據(jù)采集任務(wù)的空閑周期執(zhí)行，也就是在采樣值寫入FIFO緩沖區(qū)這段時間執(zhí)行。當(dāng)數(shù)據(jù)采集任務(wù)執(zhí)行完成，發(fā)送旗語信號量SEM_PROC陀螺信號的處理任務(wù)，對數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的采樣值進(jìn)行處理，如果沒有收到旗語信號量SEM_PROC任務(wù)自動掛起。

上位機(jī)通信任務(wù)負(fù)責(zé)系統(tǒng)與外部通信，將處理完成的數(shù)據(jù)通過SCI接口傳輸給上位機(jī)。上位機(jī)通信任務(wù)同樣采用DSP／BIOS中的TSK線程實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)通信任務(wù)的優(yōu)先級低于任務(wù)陀螺信號處理任務(wù)，在數(shù)據(jù)采集和信號處理的間隙執(zhí)行。陀螺信號處理任務(wù)執(zhí)行完成，發(fā)送旗語信號量SEM-XMIT上位機(jī)通信任務(wù)，將數(shù)據(jù)送出。

3 MEMS信號處理平臺軟件設(shè)計(jì)方案

MEMS陀螺儀信號處理平臺的軟件設(shè)計(jì)包括DSP程序設(shè)計(jì)、FPGA控制和時序程序設(shè)計(jì)。DSP編程的主要任務(wù)是初始化、管理板上的資源，并實(shí)現(xiàn)前端數(shù)字信號處理的算法。這里以TI公司提供的功能強(qiáng)大的CCS(Code Composer Studio)為集成開發(fā)環(huán)境。

系統(tǒng)上電復(fù)位后。首先完成DSP自身的初始化，包括配置RAM模塊，設(shè)置I／O模式、定時器模式、中斷等，然后程序進(jìn)人循環(huán)狀態(tài)，等待中斷。

FPGA的軟件設(shè)計(jì)主要包括對A／D的采集控制、數(shù)據(jù)存儲與傳輸?shù)目刂啤⑿盘柕念A(yù)處理和同步時序的產(chǎn)生與控制。首先由FPGA把A／D采集來的MEMS陀螺儀的數(shù)據(jù)存儲在FPGA中，然后由FPGA對采集來的信號進(jìn)行預(yù)處理，然后等待DSP的控制信號把預(yù)處理的信號送入DSP中進(jìn)行信號處理和傳輸。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方案如圖3所示。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的MEMS陀螺信號處理平臺，能夠完成三軸陀螺信號的采集和處理，并將處理過的MEMS陀螺信號發(fā)送給主機(jī)，由于采用了TI公司高性能的DSP芯片TMS320VC33，并在軟件設(shè)計(jì)中采用了DSP／BIOS多任務(wù)機(jī)制，使得該信號處理平臺具有體積小，精度高，實(shí)時性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足對MEMS 陀螺信號處理，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的參考價值。