本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件系統(tǒng)，尤其涉及一種跨平臺(tái)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)接收GNSS或RDSS衛(wèi)星信號(hào)，一般分為通用型、測繪型與定制型三種。通用型接收機(jī)要求實(shí)現(xiàn)基本的定位、測速與定時(shí)(PVT)功能，傾向采用輕量級(jí)、低功耗的ARM處理器基帶芯片解決方案；測繪型接收機(jī)要求同時(shí)跟蹤多系統(tǒng)多頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)，除實(shí)現(xiàn)基本PVT功能外，還需實(shí)現(xiàn)定向、測姿、RTK等功能，運(yùn)算量大，傾向采用高性能DSP處理器；定制型接收機(jī)按用戶具體要求定制，一般采用基于ARM或DSP處理器的通用SOC實(shí)現(xiàn)，例如中國專利CN102313891A公開了一種導(dǎo)航接收機(jī)，包括：射頻模塊、FPGA模塊和ARM7模塊；所述射頻模塊連接到所述FPGA模塊，所述FPGA模塊連接到所述ARM7模塊；所述射頻模塊對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行處理得到數(shù)字中頻信號(hào)，并將所述數(shù)字中頻信號(hào)發(fā)送到所述FPGA模塊；所述FPGA模塊對(duì)所述數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行處理，得到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，并將所述導(dǎo)航電文發(fā)送到所述ARM7模塊；所述ARM7模塊對(duì)所述導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到導(dǎo)航信息。

綜上所述，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件在不同的應(yīng)用場合，需運(yùn)行在不同架構(gòu)的處理器上。一般地，不同處理器在指令集、中斷控制、總線控制等方面存在較大差異，必然導(dǎo)致操作系統(tǒng)及板級(jí)支持包設(shè)計(jì)存在較大差異。因此，接收機(jī)軟件作為功能實(shí)現(xiàn)的主體，在不同處理器平臺(tái)上進(jìn)行方便快速移植，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速升級(jí)、針對(duì)不同應(yīng)用場合靈活設(shè)計(jì)需要解決的問題。

現(xiàn)有技術(shù)：面向不同的處理器平臺(tái)設(shè)計(jì)多套接收機(jī)軟件，在保持核心算法相同的前提下，使用不同的操作系統(tǒng)調(diào)用接口、中斷響應(yīng)模式及外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。

存在問題：多套軟件在操作系統(tǒng)、板級(jí)支持包、中斷服務(wù)等方面的實(shí)現(xiàn)方式存在較大差異，面對(duì)不同處理器平臺(tái)、存儲(chǔ)配置與外設(shè)方案可移植性差。開發(fā)人員需清晰了解不同平臺(tái)的底層實(shí)現(xiàn)差異，難以進(jìn)行專業(yè)化分工；開發(fā)團(tuán)隊(duì)需同時(shí)維護(hù)多個(gè)版本軟件，難以快速應(yīng)對(duì)多變的市場需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種跨平臺(tái)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的開發(fā)維護(hù)難度大、可移植性差的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種跨平臺(tái)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件系統(tǒng)，包括信號(hào)處理單元、信息處理單元、系統(tǒng)升級(jí)單元，所述信號(hào)處理單元包括GNSS信號(hào)處理部分、RDSS信號(hào)處理部分和公共部分；所述GNSS信號(hào)處理部分、所述RDSS信號(hào)處理部分的各業(yè)務(wù)模塊分離，禁止大模塊間的靜態(tài)變量直接調(diào)用，各部分使用模塊內(nèi)部及外部接口頭文件的方式固定各模塊接口；

所述信息處理單元包括接口層、業(yè)務(wù)層、平臺(tái)層及系統(tǒng)管理模塊；所述平臺(tái)層包含操作系統(tǒng)及支持接口、嵌入式文件系統(tǒng)及支持接口、底層驅(qū)動(dòng)及板級(jí)支持包，用于操作底層硬件、與信號(hào)處理單元進(jìn)行交互、實(shí)現(xiàn)多線程任務(wù)調(diào)度、隔離不同硬件平臺(tái)與外設(shè)器件之間的差異、向上層軟件提供接口統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境，在跨平臺(tái)移植時(shí)需要對(duì)本層進(jìn)行適應(yīng)性修改；所述系統(tǒng)管理模塊包括中斷管理與存儲(chǔ)管理模塊，所述中斷管理模塊與存儲(chǔ)管理模塊在跨平臺(tái)移植時(shí)需要進(jìn)行修改；

所述系統(tǒng)升級(jí)單元分包括上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊：所述下位機(jī)模塊由信息處理單元裁剪修改而成；所述上位機(jī)模塊采用基于MFC對(duì)話框的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，包括人機(jī)界面、數(shù)據(jù)解析和串口收發(fā)三個(gè)模塊。

所述GNSS信號(hào)處理部分分為五個(gè)模塊：直流偏置抑制、窄帶干擾抑制、捕獲引擎、捕獲確認(rèn)和跟蹤通道，用于GNSS衛(wèi)星信號(hào)的捕獲搜索、相關(guān)運(yùn)算及北斗頻點(diǎn)的抗窄帶干擾處理。

所述RDSS信號(hào)處理部分具體細(xì)分為六個(gè)模塊：抗窄帶干擾、帶通濾波器、幅度控制、捕獲引擎、相關(guān)器通道、Viterbi譯碼，用于北斗衛(wèi)星RDSS信號(hào)的抗窄帶干擾，并進(jìn)行捕獲跟蹤、維特比譯碼及電文解碼，同時(shí)該模塊實(shí)現(xiàn)L頻點(diǎn)發(fā)射功能，執(zhí)行RDSS入站操作。

所述接口層實(shí)現(xiàn)接收機(jī)與外部設(shè)備的交互接口，包含GNSS接口、RDSS接口、公共接口，所述每個(gè)接口的子模塊內(nèi)部再細(xì)分為通用標(biāo)準(zhǔn)接口和自定義接口。

所述系統(tǒng)升級(jí)單元分為接口層、業(yè)務(wù)層、平臺(tái)層，所述系統(tǒng)升級(jí)單元平臺(tái)層包括FPGA接口、串口驅(qū)動(dòng)和Flash驅(qū)動(dòng)；所述業(yè)務(wù)層包含升級(jí)操作模塊，負(fù)責(zé)升級(jí)程序的固化；所述接口層只包含升級(jí)接口模塊，負(fù)責(zé)串口數(shù)據(jù)收發(fā)和自定義升級(jí)協(xié)議解析。

所述信號(hào)處理單元部署在FPGA中運(yùn)行，所述信息處理單元及系統(tǒng)升級(jí)單元的下位機(jī)模塊部署在浮點(diǎn)DSP或定點(diǎn)ARM處理器中運(yùn)行，所述系統(tǒng)升級(jí)單元的上位機(jī)模塊部署在PC機(jī)上。

根據(jù)軟件上述架構(gòu)，本發(fā)明還提供了一種跨平臺(tái)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟：

S1：將衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件劃分為信號(hào)處理單元、信息處理單元、系統(tǒng)升級(jí)單元；將所述信號(hào)處理單元?jiǎng)澐譃镚NSS信號(hào)處理部分、RDSS信號(hào)處理部分和公共部分；將所述信息處理單元?jiǎng)澐譃榻涌趯印I(yè)務(wù)層、平臺(tái)層及跨層的系統(tǒng)管理模塊；

S2：將硬件平臺(tái)無關(guān)的模塊直接移植，對(duì)硬件平臺(tái)相關(guān)的模塊做適應(yīng)性修改。

進(jìn)一步地，所述硬件平臺(tái)相關(guān)的模塊包括信號(hào)處理單元中的接口控制模塊、信息處理單元中的平臺(tái)層和系統(tǒng)管理模塊中的中斷管理模塊、存儲(chǔ)管理模塊。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中的適應(yīng)性修改包括對(duì)處理器、外部總線、Flash器件、SDRAM器件、FPGA器件、射頻器件、RTC器件、文件系統(tǒng)、支持庫的代碼的修改。

優(yōu)選的，所述軟件系統(tǒng)可用于DSPC6713、DSPC6747或STM32F427平臺(tái)。

本發(fā)明的有益效果是：

1)信息處理軟件分層設(shè)計(jì)：分為平臺(tái)層、業(yè)務(wù)層、接口層及系統(tǒng)管理部分，按功能劃分獨(dú)立目錄存儲(chǔ)各模塊的源代碼文件，使架構(gòu)設(shè)計(jì)與源文件存放路徑一一對(duì)應(yīng)，保證軟件架構(gòu)清晰明了，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)相呼應(yīng)；

2)軟件模塊化設(shè)計(jì)：GNSS/RDSS各業(yè)務(wù)模塊分離，禁止大模塊間的靜態(tài)變量直接調(diào)用，使用模塊內(nèi)部及外部接口頭文件的方式固定各模塊接口，提高模塊級(jí)別可移植性；若以模塊為單位進(jìn)行移植，只需重新實(shí)現(xiàn)該模塊調(diào)用的其他模塊外部接口函數(shù)即可；

3)架構(gòu)設(shè)計(jì)抽象出與硬件相關(guān)的平臺(tái)層，初步抽象出操作系統(tǒng)接口與板級(jí)支持包接口，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層、平臺(tái)層與接口層分離，以適應(yīng)平臺(tái)變更；信息處理軟件目前可兼容浮點(diǎn)DSPC6713、DSPC6747與定點(diǎn)ARM Cortex-M4F三種處理器平臺(tái)，基于相同的平臺(tái)層接口設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)層與接口層軟件，提高可移植性；

4)板級(jí)支持包以模塊化方式搭建，適應(yīng)不同的硬件解決方案，如各型射頻芯片、Flash、RTC等；方便增加新型硬件接口，如慣導(dǎo)器件等；方便擴(kuò)展各種物理通信接口，如串口、CAN口等；

5)接口層軟件的搭建方式，可按協(xié)議內(nèi)容屬性，方便添加實(shí)現(xiàn)新的接口協(xié)議；

6)開放的軟件架構(gòu)及模塊間的解耦，適當(dāng)使用條件編譯，以適應(yīng)性能的不斷提升完善及功能裁剪，如：GNSS/RDSS功能可裁剪、GNSS頻點(diǎn)可裁剪、授權(quán)服務(wù)功能可裁剪、RDSS指揮機(jī)功能可裁剪等；

7)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)使軟件在衛(wèi)星系統(tǒng)、信號(hào)頻點(diǎn)、信號(hào)體制、通道擴(kuò)展、觀測量更新率、解算頻率等多方面具有可擴(kuò)展性；

8)在可移植性與可擴(kuò)展性上具有大幅度提升。

附圖說明

圖1是本發(fā)明軟件架構(gòu)的組成框圖；

圖2是本發(fā)明軟件架構(gòu)的軟件單元部署關(guān)系圖；

圖3是本發(fā)明軟件架構(gòu)的信號(hào)處理單元及信息處理單元的體系結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明軟件架構(gòu)的系統(tǒng)升級(jí)單元的體系結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明所提出的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，一種跨平臺(tái)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件系統(tǒng)，包括信號(hào)處理單元、信息處理單元、系統(tǒng)升級(jí)單元，所述信號(hào)處理單元包括GNSS信號(hào)處理部分、RDSS信號(hào)處理部分和公共部分；所述GNSS信號(hào)處理部分、所述RDSS信號(hào)處理部分的各業(yè)務(wù)模塊分離，禁止大模塊間的靜態(tài)變量直接調(diào)用，各部分使用模塊內(nèi)部及外部接口頭文件的方式固定各模塊接口；

所述信息處理單元包括接口層、業(yè)務(wù)層、平臺(tái)層及系統(tǒng)管理模塊；所述平臺(tái)層包含操作系統(tǒng)及支持接口、嵌入式文件系統(tǒng)及支持接口、底層驅(qū)動(dòng)及板級(jí)支持包，用于操作底層硬件、與信號(hào)處理單元進(jìn)行交互、實(shí)現(xiàn)多線程任務(wù)調(diào)度、隔離不同硬件平臺(tái)與外設(shè)器件之間的差異、向上層軟件提供接口統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境，在跨平臺(tái)移植時(shí)需要對(duì)本層進(jìn)行適應(yīng)性修改；所述系統(tǒng)管理模塊包括中斷管理與存儲(chǔ)管理模塊，所述中斷管理與存儲(chǔ)管理模塊在跨平臺(tái)移植時(shí)需要進(jìn)行修改。

如附圖2所示，信號(hào)處理單元部署在FPGA中運(yùn)行，信息處理單元及系統(tǒng)升級(jí)單元的下位機(jī)模塊部署在浮點(diǎn)DSP或定點(diǎn)ARM處理器中運(yùn)行，系統(tǒng)升級(jí)單元的上位機(jī)模塊部署在PC機(jī)上。

如圖3所示，信號(hào)處理單元?jiǎng)澐譃槿糠郑篏NSS信號(hào)處理部分、RDSS信號(hào)處理部分和公共部分。

1)GNSS信號(hào)處理部分主要負(fù)責(zé)GNSS衛(wèi)星信號(hào)的捕獲搜索、相關(guān)運(yùn)算及北斗頻點(diǎn)的抗窄帶干擾處理，具體細(xì)分為五個(gè)模塊：直流偏置抑制、窄帶干擾抑制、捕獲引擎、捕獲確認(rèn)和跟蹤通道。

2)RDSS信號(hào)處理部分主要負(fù)責(zé)完成北斗衛(wèi)星RDSS信號(hào)的抗窄帶干擾，并進(jìn)行捕獲跟蹤、維特比譯碼及電文解碼，同時(shí)該模塊實(shí)現(xiàn)L頻點(diǎn)發(fā)射功能，執(zhí)行RDSS入站操作，具體細(xì)分為六個(gè)模塊：抗窄帶干擾、帶通濾波器、幅度控制、捕獲引擎、相關(guān)器通道、Viterbi譯碼。

3)公共部分負(fù)責(zé)GNSS和RDSS共用功能的實(shí)現(xiàn)，分為時(shí)間管理、中斷管理及接口控制三個(gè)模塊。時(shí)間管理負(fù)責(zé)內(nèi)部RTC的實(shí)現(xiàn)、RNSS授權(quán)信號(hào)碼流提取、本地時(shí)間調(diào)整控制以及對(duì)外授時(shí)接口控制。中斷管理負(fù)責(zé)處理器外部中斷信號(hào)的管理，相當(dāng)于處理器外設(shè)中斷，包括：捕獲完成中斷、500us定時(shí)中斷、串口中斷、RDSS IC卡中斷。接口控制負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)通用異步串口、同步串口、I2C總線和SPI總線的相應(yīng)邏輯線路。

信息處理單元采用分層設(shè)計(jì)，包括接口層、業(yè)務(wù)層、平臺(tái)層及跨層的系統(tǒng)管理模塊。

1)系統(tǒng)管理：Bootloader及程序入口，提供啟動(dòng)流程控制、時(shí)間片調(diào)度、系統(tǒng)公共管理服務(wù)；包含系統(tǒng)狀態(tài)管理、中斷管理、存儲(chǔ)管理、時(shí)間管理和公共函數(shù)；其中，中斷管理與存儲(chǔ)管理模塊為硬件平臺(tái)相關(guān)模塊，跨平臺(tái)移植時(shí)需要進(jìn)行修改。

2)平臺(tái)層：操作底層硬件，與信號(hào)處理單元進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)多線程任務(wù)調(diào)度，隔離不同硬件平臺(tái)與外設(shè)器件之間的差異，向上層軟件提供接口統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境。本層包含操作系統(tǒng)及支持接口、嵌入式文件系統(tǒng)及支持接口、底層驅(qū)動(dòng)及板級(jí)支持包三個(gè)模塊，跨平臺(tái)移植時(shí)需要修改本層軟件。

3)業(yè)務(wù)層：執(zhí)行GNSS、RDSS實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)處理，向下調(diào)用平臺(tái)層接口進(jìn)行硬件操作及消息傳遞，向上與接口層交互傳遞GNSS、RDSS業(yè)務(wù)信息。本層包括GNSS PVT解算、GNSS觀測量處理、GNSS電文處理、GNSS捕獲跟蹤、RNSS授權(quán)信號(hào)碼流控制、RDSS管理控制、RDSS出站控制、RDSS入站控制和RDSS IC控制；本層設(shè)計(jì)與硬件平臺(tái)無關(guān)，跨平臺(tái)移植時(shí)無須修改。

4)接口層：按具體協(xié)議規(guī)定，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)與外部設(shè)備的交互接口，包含GNSS接口、RDSS接口、公共接口，每個(gè)子模塊內(nèi)部再細(xì)分為通用標(biāo)準(zhǔn)接口和自定義接口，可根據(jù)使用要求，方便添加各類接口協(xié)議；本層設(shè)計(jì)與硬件平臺(tái)無關(guān)，跨平臺(tái)移植時(shí)無須修改。

其中用虛線標(biāo)識(shí)的模塊為與硬件平臺(tái)相關(guān)的軟件模塊(接口)，移植時(shí)需要作相應(yīng)修改；其他模塊為與硬件平臺(tái)無關(guān)的軟件模塊，可直接移植。

如圖4所示，系統(tǒng)升級(jí)單元分上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。下位機(jī)模塊設(shè)計(jì)由信息處理單元裁剪修改而成。平臺(tái)層驅(qū)動(dòng)僅保留FPGA接口、串口驅(qū)動(dòng)和Flash驅(qū)動(dòng)；業(yè)務(wù)層只包含升級(jí)操作模塊，負(fù)責(zé)升級(jí)程序的固化；接口層只包含升級(jí)接口模塊，負(fù)責(zé)串口數(shù)據(jù)收發(fā)和自定義升級(jí)協(xié)議解析。上位機(jī)模塊采用基于MFC對(duì)話框的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，包括人機(jī)界面、數(shù)據(jù)解析和串口收發(fā)三個(gè)模塊。

根據(jù)上述架構(gòu)，本發(fā)明還提供了一種跨平臺(tái)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟：

S1：將衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件劃分為信號(hào)處理單元、信息處理單元、系統(tǒng)升級(jí)單元；將所述信號(hào)處理單元?jiǎng)澐譃镚NSS信號(hào)處理部分、RDSS信號(hào)處理部分和公共部分；將所述信號(hào)處理單元?jiǎng)澐譃榻涌趯?、業(yè)務(wù)層、平臺(tái)層及跨層的系統(tǒng)管理模塊；

S2：將硬件平臺(tái)無關(guān)的模塊直接移植，對(duì)硬件平臺(tái)相關(guān)的模塊做適應(yīng)性修改。

所述平臺(tái)相關(guān)的模塊包括信號(hào)處理單元中的接口控制模塊、信息處理單元中的平臺(tái)層和系統(tǒng)管理模塊中的中斷管理模塊、存儲(chǔ)管理模塊。

所述步驟S2中的適應(yīng)性修改包括對(duì)處理器、外部總線、Flash器件、SDRAM器件、FPGA器件、射頻器件、RTC器件、文件系統(tǒng)、支持庫的代碼的修改。

按照上述的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，在如下三個(gè)處理器平臺(tái)上進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件開發(fā)工作。與硬件平臺(tái)無關(guān)部分軟件保持一致，與硬件平臺(tái)相關(guān)部分軟件具體修改情況如下：

1、DSPC6713平臺(tái)接收機(jī)配置及相應(yīng)移植修改如下表所述。

2、DSPC6747平臺(tái)接收機(jī)配置及相應(yīng)移植修改如下表所述。

3、STM32F427平臺(tái)接收機(jī)配置及相應(yīng)移植修改如下表所述。

軟件移植結(jié)果：

在三個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)軟件均能實(shí)現(xiàn)對(duì)GNSS系統(tǒng)(BD2、GPS、GLONASS)衛(wèi)星信號(hào)的捕獲、跟蹤及電文解析，實(shí)現(xiàn)定位、測速、定時(shí)功能；實(shí)現(xiàn)BD2RDSS定位、通信、位置報(bào)告功能。軟件架構(gòu)保持一致，各模塊接口清晰，滿足跨平臺(tái)移植使用的目標(biāo)。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式的相關(guān)模塊和軟件架構(gòu)做適應(yīng)性變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。