基于DSP的MEMS陀螺儀信號處理平臺系統的設計

2 MEMS陀螺儀信號處理平臺系統任務分析

MEMS信號處理系統劃分為三個獨立的任務：數據采集任務、陀螺信號處理任務和上位機通信任務。各個任務之間通過DSP／BIOS的旗語信號量進行同步和協調。

數據采集任務是負責對MEMS陀螺的信號進行采集。該任務是系統的關鍵部分，優先級最高，執行時間比其他任務短，因此選用DSP／BIOs的硬件中斷模塊(HWI)。硬件中斷模塊(HWI)具有嚴格的實時性和高優先級，一旦SPIFIFO接收寄存器被外部ADC寫滿，立即產生相應的中斷，CPU立即掛起當前的任務，調用相應的中斷服務程序數據采集任務，將FIFO緩沖區內的采樣值讀入接收數據緩沖區，啟動后續采樣。這時中斷服務程序退出，CPU的控制權返還給先前的任務。

陀螺信號處理任務負責對采集到的數字量信號進行小波除噪和溫度補償等算法處理。在設計時引入了DSP／BIOS的另一種線程類型TSK來實現。任務是獨立使用的CPU進程，真正體現了多線程的思想，支持阻塞和優先級搶斷。

TSK共有15個優先級，每個任務均有自己獨立的堆棧，響應延時比較長，適合對實時性要求不是很高的進程。TSK對象的優先級低于硬件中斷(HWI)，可根據任務的優先級和當前執行狀況調度或搶占任務。陀螺信號處理任務在數據采集任務的空閑周期執行，也就是在采樣值寫入FIFO緩沖區這段時間執行。當數據采集任務執行完成，發送旗語信號量SEM_PROC陀螺信號的處理任務，對數據緩沖區內的采樣值進行處理，如果沒有收到旗語信號量SEM_PROC任務自動掛起。

上位機通信任務負責系統與外部通信，將處理完成的數據通過SCI接口傳輸給上位機。上位機通信任務同樣采用DSP／BIOS中的TSK線程實現。上位機通信任務的優先級低于任務陀螺信號處理任務，在數據采集和信號處理的間隙執行。陀螺信號處理任務執行完成，發送旗語信號量SEM-XMIT上位機通信任務，將數據送出。

3 MEMS信號處理平臺軟件設計方案

MEMS陀螺儀信號處理平臺的軟件設計包括DSP程序設計、FPGA控制和時序程序設計。DSP編程的主要任務是初始化、管理板上的資源，并實現前端數字信號處理的算法。這里以TI公司提供的功能強大的CCS(Code Composer Studio)為集成開發環境。

系統上電復位后。首先完成DSP自身的初始化，包括配置RAM模塊，設置I／O模式、定時器模式、中斷等，然后程序進人循環狀態，等待中斷。

FPGA的軟件設計主要包括對A／D的采集控制、數據存儲與傳輸的控制、信號的預處理和同步時序的產生與控制。首先由FPGA把A／D采集來的MEMS陀螺儀的數據存儲在FPGA中，然后由FPGA對采集來的信號進行預處理，然后等待DSP的控制信號把預處理的信號送入DSP中進行信號處理和傳輸。系統軟件的設計方案如圖3所示。

4 結 語

本文設計的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陀螺信號發送給主機，由于采用了TI公司高性能的DSP芯片TMS320VC33，并在軟件設計中采用了DSP／BIOS多任務機制，使得該信號處理平臺具有體積小，精度高，實時性好等優點，能夠滿足對MEMS 陀螺信號處理，在實際應用中具有一定的參考價值。