一种GPS定位替代系统的FPGA实现

假设其中(x1，y1，z1)代表北京的具体位置坐标，(x2，y2，z2)代表上海的位置坐标；(x3，y3，z3)代表武汉的位置坐标，(x, y, z)表示接收机所在地的位置坐标，也就是我们要计算的数据。设C为传播速度，Δt1,Δt2,Δt3 分别为信号从北京、上海和武汉传送到接收机花费的时间，经过FPGA芯片的运算，即可得出所要得到的本地位置坐标。

5 替代系统的FPGA实现

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA 的核心部分是逻辑单元阵列(LCA -LogicCell Array)；LCA 的主体部分是由相同的可编程逻辑模块(CLB) 构成的矩阵，每个LCA 含有可编程的组合逻辑和寄存器，LCA通过内部的可编程布线通道的内部互连网络，把逻辑晶体管按设计要求连接在一起以综合阵列中的逻辑功能。这些功能和互连是由存储在单片存储器(EEPROM)中的可配置程序控制。LCA 的配置文件由这些存储器自动装入或由微处理器将其作芯片初始化的一部分进行初始定义。FPGA 芯片逻辑功能的配置基于内部阵列分布的SRAM，即通过对分布的SRAM 的不同的加电配置来决定各个部分的逻辑定义。FPGA 由五部分组成：

1) 输出块(IOBs)：提供封装腿与CLB 之间的接口它支持多种IO 接口信号标准；

2) 配置逻辑块(CLBs)：提供构造逻辑的功能元件；

3) 多个4K的专用块RAM；

4) DLL：共4个位于片子四个角,用于时钟分布延时补偿和时钟域控制；

5) 三态缓冲器,将驱动专用分段水平布线资源。

本设计主要包括输入、输出，子模块黑盒子(Black Box)声明，以及子模块之间的连接关系，子模块间的接口以及子模块与顶层模块的接口，设计所做的实验是基于Quartus II，它是Altera前一代FPGA/CPLD集成开发环境 MAX+plusII 的更新换代产品，其界面友好，使用便捷。在Quartus II提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便的进行设计输入、快速处理和器件编程。由于FPGA的原理、编程和使用方法已经有大量的文章论述了，本文不在此进一步解释程序中的编程。从结构上讲，本设计的整个定位系统总共由3部分组成， 它们分别是：功能控制键输入系统，3个无线电收音机报时接收器的并行输入系统，计算部分和显示部分。系统的结构框图如图2所示。每一个地方发送过来的信号的频率都是不一样的，所以系统根据设置不同的频率接收不同的电台报时。本设计中规定来自北京的接收信号1，来自上海的接收信号2，而来自武汉的接收信号3。在所需要的信号接受完后，经过FPGA芯片系统对接收信号时间间隔的运算，可以计算出设备所在地的具体位置，这个位置在显示部分显示出来，按键的作用是控制输入信号接受器和启动计算并显示。

6 结论

本文在分析目前使用的GPS定位系统的基础上，探讨了通过接收不同城市广播电台的同时发出的报时信号，算出这三个地方距离定位设备所在地的距离，进而确定本地的确切地理位置。设计了系统的FPGA实现,本系统可以作为廉价的汽车定位系统嵌入到汽车的FPGA或单片机控制系统中。