xscale+FPGA微型飞行器控制系统硬件设计与实现

"这篇文章是关于基于8eFPGA的微小型飞行器控制系统的硬件设计，由北京理工大学的研究团队完成。他们设计了一种结合Xscale微处理器和FPGA的双芯片微小型数字控制系统，用于处理飞行器的导航和控制任务。系统选用嵌入式Linux作为软件平台，并进行了Bootloader设计、Linux裁减以及FPGA驱动的设计。同时，针对FPGA的信号处理需求，设计了A/D采样硬件电路，并使用硬件描述语言进行软件实现。实验结果显示，该系统具有高集成度和良好的实时性。关键词包括Xscale、微小型飞行器（MAV）、嵌入式Linux和飞行控制系统。" 这篇论文的核心知识点如下： 1. **Xscale微处理器**：Xscale是Intel公司开发的一种低功耗、高性能的微处理器，常用于嵌入式系统中。在本文中，Xscale被用来执行导航算法和控制算法，显示其在处理复杂计算任务上的能力。 2. **FPGA（Field-Programmable Gate Array）**：FPGA是一种可编程逻辑器件，能够根据设计需求灵活配置。在这里，FPGA被用来处理飞行器控制系统的外部信号，体现了其灵活性和并行处理的优势。 3. **嵌入式Linux**：嵌入式Linux是Linux操作系统的一个分支，专为嵌入式设备设计，具有开源、稳定、可定制等特点。研究团队选择了嵌入式Linux作为软件平台，用于开发控制系统软件。 4. **Bootloader设计**：Bootloader是系统启动时运行的第一段程序，负责加载操作系统到内存中。在本系统中，设计了Bootloader来确保系统的正常启动和运行。 5. **Linux裁减**：为了适应微小型飞行器的资源限制，研究团队对嵌入式Linux进行了裁减，移除不必要的服务和组件，优化了系统资源的利用。 6. **FPGA驱动设计**：为了使FPGA能与处理器和其他硬件组件通信，需要编写相应的驱动程序。文中提到的FPGA驱动设计是实现系统整合的关键部分。 7. **A/D采样硬件电路**：A/D转换器用于将模拟信号转化为数字信号，是控制系统获取环境数据的重要环节。设计了专门的硬件电路来支持A/D采样，确保了数据采集的准确性和实时性。 8. **硬件描述语言**：硬件描述语言（如Verilog或VHDL）被用来编写FPGA的逻辑设计，这些语言允许设计者以结构化的方式描述硬件电路。 9. **系统集成与实时性**：通过集成Xscale处理器和FPGA，系统实现了高集成度，提高了整体性能。而良好的实时性意味着系统能够及时响应飞行器的各种动态需求，对于飞行控制至关重要。 10. **微小型飞行器（MAV）**：微小型飞行器是指尺寸小巧、功能强大的飞行设备，常常应用于科研、侦察、监测等领域。本文中的控制系统专为这类飞行器设计，旨在提升其自主控制能力。 该研究展示了如何利用先进的硬件和软件技术设计一个高效、实时的微小型飞行器控制系统，这在微型航空领域具有重要的理论与应用价值。