专利名称：北斗导航定位系统的终端用户机的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星通讯领域中卫星导航定位系统，具体涉及北斗导航定位系统终端用户机，更具体地说，涉及所述终端用户机中基带信号处理部分和控制与接口单元部分的单芯片集成装置。
背景技术：
北斗导航定位系统，简称北斗系统，是中国自主建成的卫星导航定位系统。卫星导航定位是指利用卫星导航定位系统提供位置、速度及时间等信息来完成对各种目标的定位、导航、监测和管理。利用若干颗导航定位卫星组成卫星导航系统，可以在任何时间、任何地点，为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度，目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产这种卫星导航系统。2003年5月，我国第三颗北斗导航定位卫星顺利进入太空，下面分四部分简要介绍我国的北斗系统。
(一)基本原理采用码分多址扩频通信，当发射出去的扩频信号在被测物体反射回来后，在接收端解调出扩频码序列；然后比较收发两个码序列相位之差，就可以精确测出扩频信号往返的时间差，从而算出二者之间的距离。在扩频通信中如果扩展频谱很宽，则意味着所采用的扩频码速率很高，每个码片占用的时间就很短。
(二)技术体制目前北斗系统采用双星有源定位，由两颗工作卫星和一颗备份卫星组成，与终端用户机之间采用询问、应答的方式进行测距，能全天候、全天时提供区域卫星导航信息，另外还可提供双向通信服务；它在满足我国国防建设需要的同时，还可用于经济建设，为我国交通运输、气象、石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、公安以及其他特殊行业提供高效的导航定位服务，应用前景广阔。
(三)应用。主要表现在①交通领域。北斗系统可以为远洋船只及时提供导航定位信息，使其沿有利海流航行，为频繁的航线提供实时的海上交通指挥，引导船只安全地进出港口，并用于船舶机动性能的测定；公路交通和铁路运输可通过移动车辆的实时定位信息的提供，进行铁路和公路运输车辆的监控，以提高运力，确保安全，实现公路和铁路等陆上交通运输系统的有效管理。②测绘领域。北斗系统可用于建立高精度的全国性的大地测量控制网、测定全球性的地球动态参数；用于建立陆地海洋大地测量基准，进行海岛陆地联测以及海洋测绘；用于监测地球板块运动状态和地壳形变；用于工程测量，建立城市与工程控制网；实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图等。③地质勘探等野外作业。北斗系统可实现人烟稀少地区，特别是草原、沙漠、冰盖、原始森林等缺少参照物地区的地质队、探险队、作业队、放牧队、野外调查和勘探队的大地导航和定位测量；④资料提供。为水文测报、森林防火、渔业生产、勘察设计、环境监测等行业，提供精确的卫星资料；⑤综合服务。在灾害的评估和搜索，抢险和救援等众多行业，以及其他有特殊调度指挥要求的单位提供廉价、高效、可靠的定位、通信和授时等综合服务。
(四)目前实用情况。基于北斗导航定位的各类应用系统，特别是民用方面，已经逐步建立和完善。①北京神州天鸿科技有限公司建立了一系列的民用应用系统，比如铁路移动通讯平台、水文测报系统、船舶调度监控系统、森林防火指挥系统、民用营运中心、北斗民用系统。②2003年6月，《北斗系统民用车(船)载遇险报端设备技术条件和使用要求》、《北斗系统民用数据采集终端设备技术条件和使用要求》、《北斗系统民用车(船)载终端设备技术条件和使用要求》三个北斗民用终端标准也已经送审稿，并报送国家有关部门进行审批。这些系列标准将对我国北斗民用终端的研发和制造起到积极的引导和规范作用，进一步推动北斗民用市场健康有序协调地发展。
进一步，北斗系统包括卫星、地面中心处理站和用户设备，北斗系统终端用户机属于北斗系统用户设备，简称终端用户机，是北斗系统不可缺少的的一个组成部分；根据北斗系统的应用领域不同，其终端用户机的种类也不同，包括手持型用户机、海上救生型用户机、车载型用户机、船载型用户机、指挥型用户机等等。上述所有终端用户机都包括四个基本部分，分别是射频处理部分、数字基带信号处理部分、控制与接口部分以及显示部分。
(一)射频处理部分。包括接收通道和发射通道。其中接收通道，完成将接收到的射频信号经过滤波、放大、下变频后转换为基带信号，并经过模数转换后给基带提供数字基带信号；发射通道对来自基带处理部分的数字发射信号进行数模转换、BPSK调制、上变频到射频信号，并经过放大处理后发射到卫星上去。
(二)数字基带处理部分。包括接收模块和发射模块。北斗系统采用码分多址扩频通信体制。其基本原理是在扩频通信中如果扩展频谱很宽，则意味着所采用的扩频码速率很高，每个码片占用的时间就很短。当发射出去的扩频信号在被测物体反射回来后，在接收端解调出扩频码序列，然后比较收发两个码序列相位之差，就可以精确测出扩频信号往返的时间差，从而算出二者之间的距离。测量的精度取决于码片的宽度，也就是扩展频谱的宽度，码片越窄，扩展的频谱越宽，精度越高。对于接收单元以数字基带信号为输入，需要完成扩频码同步与解扩、载波同步与解调、帧同步、译码校验等处理，将接收到的信息送到接口单元进行进一步处理；发射模块以接口模块送来的发射信息为输入，进行编码、扩频、并经过滤波后送到射频处理部分发射出去。
(三)控制与接口部分。主要完成对接收信号进行进一步处理，恢复出通信信息，送给显示单元显示；响应人机界面的操作，进行相应的处理。
(四)显示部分显示导航、定位、通信信息。
如图1所示终端用户机，采用板上集成系统，主要包括PDA(10)、CPU(11)、DSP(12)、射频处理部分(6)、D/A(13)、A/D(14)、FPGA(15)，CPU(11)可连接外设(7)，能够根据终端用户机协议规定进行相互通讯。注大规模可编程逻辑器件，简称FPGA；数字信号处理器，简称DSP；中央处理器，简称CPU；个人数字助理，简称PDA；外部设备，简称外设。
在图1中，FPGA(16)主要完成基带数据处理工作；DSP(13)辅助FPGA(16)完成基带数据处理工作中一些相对复杂的数字信号处理；CPU(11)控制FPGA(16)的初始化，将基带处理后的数据进行数据协议层处理，给FPGA(16)组织发送数据；将数据显示在PDA(10)上，接收PDA(10)的输入，以及实现和外设的通讯。目前，从事北斗系统终端用户机生产的厂商或研究机构有十几家，主要采用这种板上集成结构。另外，有些厂商也采用FPGA(16)直接完成DSP(13)的功能，PDA(10)完成CPU(11)功能，从而将图1的电路结构演变成射频处理单元+FPGA+CPU/PDA的高级板上集成系统。
北斗系统应用领域广泛，每种领域都可能包括在特殊环境下的使用，因此，不论是哪种类型终端用户机，人们都要求①体积小、重量轻，以便于携带；②功耗小，待机时间长；③可靠性高；④价格便宜，利于批量生产和普及。但是，上述目前的板上集成系统终端用户机，普遍存在与上述要求对应的不足①体积不够小、重量较重，不利于携带；②功耗大，大多待机时间只有4～5小时，电池需要频繁充电；③器件集成度不高，难以批量生产，价格高且可靠性较低；④由于板上集成的各种芯片，接口不统一，灵活性低，不利于添加新功能。另外，从用户的角度讲，小型化、低功耗，低成本和高可靠性以及模块化是终端用户机未来的发展趋势，这种趋势要求终端用户机的集成度要高，最好是单片系统集成、完全实现终端用户机的功能。
专用集成芯片Application-specific integrated circuit，简称ASIC，是一种专门用于某种应用的芯片，它区别于一般芯片，它一般只能用于一种特定应用，但它比一般芯片较速度快、集成度高。制造一种新的特定用途的ASIC芯片包括设计、分析、综合、模拟、模型和测试等等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，如何基于ASIC技术实现终端用户机中基带处理单元电路和控制与接口单元电路的单芯片集成化，降低终端用户机的体积、重量、功耗和成本，从而便于实现便携，适应野外环境；进一步，实现高集成终端用户机的模块化，提供灵活的接口，从而使更尖端的卫星定位系统开发成为可能；进一步，降低高集成终端用户机的动态功耗，延长终端用户机的电池可待机时间。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种北斗导航定位系统的终端用户机，包括天线和射频处理部分，其特征在于，还包括内置CPU和基带处理模块的集成芯片；该用户机这样辅助定位处理由天线进入的高频卫星信号经所述射频处理部分进入所述芯片，再由所述基带处理模块和CPU对本用户地址的卫星信号进行处理并择一响应，然后再通过所述基带处理模块和射频处理部分将应答信号按预设要求发射回卫星，主要定位处理位于北斗导航定位系统地面中心处理站(随着北斗导航定位系统的完善，集成芯片在将来也可实现自主定位)。这样，无需价格高昂的FPGA和CPU，也不需要专门的PDA，提高了系统集成度，降低功耗和成本，其技术特点是利用ASIC技术实现北斗系统终端用户机的单片集成，将目前终端用户机系统板上的CPU和FPGA实现的功能电路集成到集成电路芯片中；进一步根据技术需要，还可以选择将射频处理单元集成到芯片中。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述信号处理为扩频信号处理，比普通通信系统信号处理增加了扩频解调和扩频调制，至少还包括收端的同步和信息解调，发端的信息调制。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，还包括集成在所述芯片中或分离独立的A/D和D/A转换器，电连接在所述射频处理部分和基带处理模块之间所述射频处理部分进行上变频或下变频，所述A/D和D/A转换器进行模数转换和数模转换。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述芯片还包括内部总线和接口电路，所述接口电路、CPU和基带处理模块连接在所述内部总线上；所述CPU采用中央处理器、数字信号处理器DSP、或两者的组合，当包含数字信号处理器DSP时，数字信号处理器可以辅助基带处理模块进行一些(接收或发送)数据信号处理。
接收时，该芯片这样处理所述基带数据处理模块将所述模数转换后的数据进行扩频码同步与解扩、载波同步与解调、帧同步、译码校验，获取数据结果，通过所述总线送入所述CPU进行数据拼装和计算，并可进一步通过所述接口电路将所述数据结果送到外设进行处理；发送时，该芯片这样处理所述CPU根据用户设置或接口电路来的数据信息组织发送数据送给所述基带数据处理模块，经编码、扩频和滤波后送入所述D/A转换器。
该芯片基本工作还包括上电后，芯片内集成的CPU通过外围接口得到基带数据处理单元的初始值对基带数据处理模块进行初始化。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述接口电路可以是用于完成CPU与外围设备通讯控制的外围接口单元，也可以是能产生外部存储器接口时序的存储控制器；所述外围接口单元可以外接遵守终端用户机协议规定的智能卡和外设，也可以连接液晶显示器和触摸屏，完成终端用户机的信息显示和输入等功能；所述存储控制器可以外接外部数据存储器。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述外围接口单元包括但不限于以下外围接口通用异步收发器UART、通用串行总线USB、同步串行外围接口SPI、内部集成电路总线(I2C)或并行接口其中的任一种或多种。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述芯片还包括连接在所述总线上的带外挂处理器接口的接口存储器，所述接口存储器是双口存储器；所述接口存储器可作为数据交互存储器，也可以单独作为所述CPU的内部数据存储器。CPU通过内部总线可以读写接口存储器，外挂处理器可以通过外挂处理器接口读写接口存储器。CPU和外挂处理器可以同时访问接口存储器，双方可以通过预先定义的软件协议实现并行数据通讯。接口存储器有两个优点1)实现了CPU与外挂处理器之间的并行通讯，方便本装置扩展协处理器；2)方便更高级别的处理器把本装置当作协处理器一样使用，利用接口存储器向本装置传递初始值(既基带处理单元相关的初值可以不从外围接口单元或存储控制器得到)或其它控制信号，本装置与更高级别的处理器配合完成基带信号的接收与发送处理。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述芯片还包括连接在所述基带处理模块和内部总线之间的、用于基带处理模块和CPU之间交互控制状态的基带寄存器，以及连接在所述基带处理模块和内部总线之间的、用于基带处理模块和CPU之间交互数据的接收存储器和发送存储器。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述基带寄存器双向连接所述内部总线，该基带寄存器是CPU和基带处理模块之间的控制状态交互中介，CPU通过基带寄存器配置基带处理模块的初值(比如初相、生成多项式等)，CPU也通过基带寄存器控制基带处理模块的关闭、启动等功能。基带处理模块通过基带寄存器通知CPU是否有数据要接收，接收数据CRC校验结果是否错、发送数据是否完成等状态信息；按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述发送存储器是CPU和基带处理模块之间发送数据交互中介。CPU将组织后的发送数据写入发送存储器中，通过基带寄存器启动基带处理模块发送数据，然后基带处理模块可以从发送存储器读出发送数据，进行编码、扩频、并经过滤波后送到射频处理部分发射出去。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述接收存储器是CPU和基带处理模块之间接收数据交互中介。基带处理模块将处理后的数据结果写入接收存储器中，通过基带寄存器通知CPU有数据已经准备好，然后CPU可以从接收存储器读出基带处理模块处理后的数据结果。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述接收存储器和发送存储器可以是双端口或单端口存储器。当是单端口存储器时，CPU和基带处理模块之间存在仲裁机制。
终端用户机动态功耗，主要是因为电路节点电平翻转产生的，只要减少电路节点翻转，就可以降低动态功耗。因为基带信号来自多个波束信号，在许多应用场合下，并不需要所有的波束都工作，此时可以让对应波束的时钟使能寄存器无效，关闭对应波束处理电路的时钟；或让对应波束的工作使能寄存器无效，让对应波束处理电路节点不发生翻转，降低动态功耗。在有些应用场合，基带处理模块只是间歇性的工作，此时也可通过间歇性地关闭基带处理模块时钟或停止基带处理模块工作方式来降低动态功耗。根据基带信号的特点，本发明针对基带处理单元提出了采用时钟关闭方式和工作使能方式降低动态功耗的方案按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述芯片还包括含时钟使能寄存器、工作使能寄存器、工作模式选择单元、时钟门控单元和工作寄存器的降功耗电路，所述时钟使能寄存器和工作使能寄存器包含在所述基带寄存器中；所述降功耗电路这样工作所述CPU根据实际应用背景改变所述时钟使能寄存器和工作使能寄存器的值，再经所述工作模式选择单元和时钟门控单元产生所述工作寄存器的数据输入和时钟输入，然后再由所述工作寄存器控制所述基带处理模块是否工作。
工作寄存器是基带处理模块中的触发器(由实现相关功能的众多触发器组成)。工作寄存器在正常工作模式下，基带处理模块才能完成基带信号处理功能。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，因为所述时钟门控电路和工作模式选择电路的具体工作过程①工作模式选择单元产生工作寄存器的数据输入DINX。当工作使能寄存器输出EnableX有效时，工作模式寄存器输出DINX选择正常输入；如果工作寄存器的工作时钟CLKX使能，工作寄存器能正常工作。当工作使能寄存器输出EnableX无效时，工作模式寄存器输出DINX选择恒定的初值输入；无论工作寄存器的工作时钟CLKX是否使能，工作寄存器保持常值，降低了动态变化功耗。②时钟门控单元根据时钟使能寄存器输出CLKXEN产生门控时钟CLKX。CLKX是工作寄存器的工作时钟。当CLKXEN无效时，门控时钟CLKX恒定输出高电平或低电平，工作寄存器的时钟不翻转，工作寄存器的输出也不会发生改变，达到了降低动态功耗的目的。当CLKXEN有效时，门控时钟CLKX的相位随SCLK改变而改变，如果此时工作使能寄存器输出EnableX有效，工作寄存器将正常工作。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述降功耗电路可以因为基带处理模块处理的的波束数量而存在多个时钟门控电路和工作模式选择电路。
按照本发明提供的用户机，其特征在于，所述基带寄存器包括指定的时钟使能寄存器和工作使能寄存器，分别连接所述时钟门控单元和工作模式选择单元。①时钟使能寄存器工作在时钟SCLK下，是基带寄存器的一部分。时钟使能寄存器受CPU控制，CPU能改变时钟使能寄存器的值。时钟使能寄存器的输出CLKXEN信号控制时钟门控单元的输出CLKX。②工作使能寄存器工作在时钟SCLK下，是基带寄存器的一部分。工作使能寄存器受CPU控制，CPU能改变工作使能寄存器的值。工作使能寄存器的输出EnableX信号控制工作模式选择单元的选择输出DINX。
本发明提出的北斗终端用户机，与目前板上集成系统相比①采用单芯片集成，不再需要配套大规模可编程逻辑器件(FPGA)和处理器(DSP或CPU)，大大降低终端用户机的体积、重量、功耗和成本，有利于实现适应野外环境的便携机，并且提高了保密性；②提供了灵活的外围接口和外挂处理器接口，实现终端用户机的模块化，降低了开发更尖端的卫星定位系统的复杂度。③采用的门控时钟和工作使能两种方式，进一步降低了终端用户机的功耗，实现了延长待机时间的目的。
图1是目前板上集成终端机的普遍硬件结构框图。
图2是本发明提供的基于ASIC技术的终端用户机的硬件结构框图。
图3是图2所示终端用户机中“终端用户机集成芯片U”的结构图。
图4是图3所示结构图中实现降低动态功耗部分的电原理图具体实施方式
首先，说明本发明的基础点(一)本发明装置基于北斗导航定位原理。终端用户机要能够根据北斗系统智能卡信息或外设来的信息进行初始化配置；终端用户机需要接收北系统的卫星信号，并能向卫星发送数据和信号；接收时终端用户机要从接收到卫星射频信号解析出真实的信息，并能将真实信息送到外设(比如个人数字助理PDA或液晶显示屏)进行显示，并根据外设输入要求对相关信息做必要的计算(比如坐标转换)。发射时，终端用户机能接受外设的指令，组织发送数据，并将数据最终转换成射频信号向卫星发射；终端用户机要能完成和外设以及智能卡的通讯协议要求的功能。
(二)本终端用户机，与板上集成系统相比较，其最大特点是将基带处理单元、处理器集成在单个集成电路芯片中，提供更为灵活的外围接口和外挂处理器接口，并根据基带处理单元的特点采用了降低动态功耗的策略，具体是①集成的基带处理单元对接收的射频信号进行扩频码同步与解扩、载波同步与解调、帧同步、译码校验等处理，对发送信号行编码、扩频，并经过滤波等处理；②集成的处理器可以是中央处理器CPU或数字信号处理器DSP或两者的组合。处理器可以运行用户程序，控制这个装置的正常运行；完成对基带处理单元处理后的数据进行进一步处理，准备基带处理单元的发送数据；通过运行用户程序，实现用户层协议。③集成的多个存储器实现基带处理单元和处理器之间的数据交换，并利用专门的功能寄存器实现处理器和基带处理单元的控制和状态信息交换。④集成的接口存储器，很方便地实现了处理器和和外挂处理器之间的数据交换。⑤集成的外围接口单元，提供了本装置和外围设备通讯的硬件接口，为用户协议实现提供了物理通道。⑥降低动态功耗的电路结构，是针对终端用户机基带处理单元的特点提出的，对不需要处理的波束信号，可以关闭对应电路的工作时钟或不使能对应电路的触发器数据输入，从而停止电路内部节点的翻转，实现降低动态功耗的目的。
进一步，结合附图进行说明。
(一)如图2所示，本终端用户机包括天线8、射频处理部分、集成基带处理部分和控制与接口部分的终端用户机集成芯片3、显示部分5和可连在其上的外设7。
(二)图2中终端用户机集成芯片3，其结构如图3所示，包括外围接口单元口30、处理器31、存储控制器32、接口存储器33、基带寄存器34、接收存储器35、发送存储器36、数模转换器37、基带处理单元38、模数转换器39和内部总线300，具体如下
(1)所述处理器31采用中央处理器CPU，其作用是①运行用户程序，控制整个装置的正常运行；②根据北斗终端用户机协议对基带处理单元38处理后的结果进行数据拼装；③根据北斗终端用户机协议组织发送数据帧；根据北斗终端用户机协议和智能卡与专用外设通讯；④根据用户自定义协议和外挂处理器进行通讯；⑤完成用户自定义功能。用户程序位于外挂存储器，处理器31通过存储控制器32访问外部程序和外部数据区；用户可以在程序区实现用户通讯协议中要求完成的功能。处理器31通过运行用户程序的方式控制整个装置的正常运行，因此本装置不受北斗终端用户机协议升级的影响，便于用户产品的升级。
(2)所述外围接口单元30是本装置实现终端用户机与外设通讯的硬件接口。该外围接口单元包括多个通用异步收发器UART，其中一个UART完成与北斗系统专用智能卡的通讯；一个UART完成和终端用户机专用外设的通讯；一个UART可以接全球定位系统(GPS)定位模块，完成GPS定位和北斗定位的数据融合；其它UART可以根据用户需要接相关的外设。UART接收时，UART将接收到的数据报送处理器31，处理器31根据通讯协议做出相关操作；UART发送时，处理器31根据通讯协议组织UART的发送数据和发送格式，完成终端用户机通讯协议和其它用户协议要求的功能。外围接口单元30也包括多个中断输入；不同的中断输入可以唤醒处理器31完成相关的操作。外围接口单元30还括多个通用并口，处理器31可以从通用并口捕获输入状态或输出控制信息。外围接口单元30包括通用串行总线USB接口，本装置利用USB接口可以与外部USB设备进行大数据量快速通讯，比如从外部USB设备下载数字地图等。外围接口单元30包括同步串行外围接口SPI，本装置利用SPI接口实现与外围设备的同步串行通讯，同步串行通讯与UART相比，提高了本装置串行通讯的可靠度。外围接口单元30还包括内部集成电路总线(I2C)接口，可以和支持I2C的设备的微控制器(MCU)，A/D、D/A转换器，储存器，LCD控制器，LED驱动器，I/O端口扩展器以及实时时钟等外设进行数据通讯。
(3)基带处理单元38完成对不同卫星波束信号的信息解码。上电后，处理器31从智能卡或外设或外挂处理器得到初始配置值，对基带寄存器34进行参数初始化，从而完成对基带处理单元38的初始化。接收数据时，模数转换器39将来自射频处理单元的射频信号转换成基带处理单元38能识别的数字信号，基带处理单元38根据基带寄存器的参数配置对模数转换器39输出的数字信号进行扩频码同步与解扩、载波同步与解调、帧同步、译码校验等处理，并将数据准备情况和数据校验状态送到基带寄存器34中；基带寄存器34通过中断方式通知处理器31来处理接收存储器35中的数据(处理器31也可以通过查询的方式判断基带处理单元38的数据准备情况和数据校验状态，然后根据状态去处理接收存储器35中的数据。)发射时，处理器31将组织好的发送数据写入发送存储器36中，然后通过基带寄存器34启动基带处理单元38的发送功能。基带处理单元38发送功能被启动后，基带处理单元38从发送存储器36中读出待发送数据，对其进行编码、扩频，并经过滤波后得到多比特的数字信号；基带处理单元38将滤波后的数字信号送给数模转换器37，数模转换器37将该数字信号转换成模拟信号；数模转换器37转换后的模拟信号送到射频处理单元，射频处理单元将最后的信号发射出去。
(4)接口存储器33实现了本装置和外挂处理器之间的数据包通讯。接口存储器33是一个双口存储器。本装置通过接口存储器13的外挂处理器接口，可以外挂一个处理器。处理器31和外挂处理器可以同时访问接口存储器33，外挂处理器对接口存储器33的访问和访问普通存储器一样方便。当外挂处理器向本装置传递数据时，一种常见的操作模式是外挂处理器先向接口存储器33写入待传递的数据包，然后向存储器33约定的地址写入输入状态指示；本装置的处理器31从约定地址查询到输入状态指示数据包准备好后，将数据包从存储器33中读走，并从数据包得到外挂处理器输入的实际数据。当处理器31向外挂处理器传递数据时，一种常见的操作模式是处理器31先向接口存储器33写入待传递的数据包，然后向存储器33约定的地址写入输出状态指示；外挂处理器从约定地址查询到输出状态指示数据包准备好后，将数据包从存储器33中读走，并从数据包得到处理器31输出的实际数据。处理器31和外挂处理器之间也可以不用查询方式，而通过外围接口单元30的中断信号来通知对方是否有数据准备好。接口存储器33有两个优点1)实现了处理器之间的并行通讯，方便本装置扩展协处理器；2)方便更高级别的处理器把本装置当作协处理器一样使用，利用接口存储器33向本装置传递初始值(即基带处理单元相关的初值可以不从外围接口单元30或存储控制器32得到)或其它信息，本装置与更高级别的处理器配合完成基带信号的接收与发送处理。
(三)将处理器、大规模可编程器件FPGA等电路完成的功能集成到单一芯片中，已经大幅度降低了系统功耗，而采用了本装置的降低动态功耗的电路，将进一步降低了系统功耗，该电路如图4所示，包括时钟使能寄存器40、工作使能寄存器41、工作模式选择单元42、时钟门控单元43、工作寄存器44，具体如下(1)时钟使能寄存器40工作在时钟SCLK下，是基带寄存器34的一部分。时钟使能寄存器40受处理器31控制，处理器31能改变时钟使能寄存器40的值。时钟使能寄存器40的输出CLKXEN控制时钟门控单元的输出CLKX。在实例中，时钟使能寄存器40输出CLKXEN有效值是“0”，即“0”将开启基带处理单元38内部触发器的时钟；“1”将关闭基带处理单元38内部触发器的时钟。
(2)工作使能寄存器41工作在时钟SCLK下，是基带寄存器34的一部分。工作使能寄存器41受处理器31控制，处理器31能改变工作使能寄存器41的值。工作使能寄存器41的输出EnableX控制工作模式选择单元42的选择输出DINX。在实例中，工作使能寄存器41输出EnableX有效值是“1”，即“1”将选择基带处理单元38正常功能模式；“0”将选择复位模式，工作寄存器44将停止翻转。
(3)工作模式选择单元42产生工作寄存器44的数据输入DINX。当工作使能寄存器41输出EnableX有效时，工作模式选择单元42输出DINX选择正常输入；如果工作寄存器44的工作时钟CLKX使能，工作寄存器44能正常工作。当工作使能寄存器41输出EnableX无效时，工作模式选择单元42输出DINX选择恒定的初值输入；无论工作寄存器44的工作时钟CLKX是否使能，工作寄存器44保持常值，降低了动态变化功耗。在实例中，DX是工作寄存器44的复位初值输入，DY是工作寄存器44的正常值输入，工作模式选择单元42的输出DINX是当EnableX为“0”时，选择DX作为DINX输出；当EnableX为“1”时，选择DY作为DINX输出。DINX的逻辑表达时如下if(EnableX＝0)DINX＝DX；elseDINX＝DY；当EnableX为“0”，选择DX作为DINX输出，因为DX是恒值，DINX将不变化。
(4)时钟门控单元43根据时钟使能寄存器40输出CLKXEN产生门控时钟CLKX。CLKX是工作寄存器44的工作时钟。当CLKXEN无效时，门控时钟CLKX恒定输出高电平或低电平，工作寄存器44的时钟不翻转，工作寄存器44的输出也不会发生改变，达到了降低动态功耗的目的。当CLKXEN有效时，门控时钟CLKX的相位随SCLK改变而改变，如果此时工作使能寄存器41输出EnableX有效，工作寄存器44将正常工作。在实例中，当CLKXEN为“0”时，选择SCLK作为CLKX输出；当CLKXEN为“1”时，选择“1”作为CLKX输出。CLKX的逻辑表达时如下if(CLKXEN＝0)CLKX＝SCLK；elseCLKX＝1；当CLKXEN为“1”，选择“1”作为CLKX输出，即门控时钟CLKX为恒值“1”，不会发生翻转，此时实现了降低动态功耗的目的，而时钟的动态功耗是芯片的主要动态功耗，降低时钟动态功耗，将大大降低整个芯片的动态功耗。
(5)工作寄存器44是基带处理单元38中的触发器。工作寄存器44的正常工作模式下，基带处理单元38才能完成基带信号处理功能。触发器的特点是只有在时钟边沿处(上升沿或下降沿)，采样信号输入，并将输入信号保持到输出上。在实例中，当时钟使能寄存器40的输出是“1”时，时钟门控单元43输出给工作寄存器44是恒值“1”，不发生翻转，即不存在时钟边沿，工作寄存器44也就不会发生改变。因此降低了电路的动态功耗。当工作使能寄存器41输出EnableX是“0”时，工作模式选择单元42送给工作寄存器44的信号输入DINX是恒值DX，此时不管CLKX是否翻转，工作寄存器44的输出都不会翻转，因此降低了电路的动态功耗。
另，在实例中，本装置可以处理多个波束的信号。每一个波束都有自己的时钟使能信号CLKXEN和工作使能信号EnableX。在许多应用场合下，基带处理单元38并不需要处理所有波束的信号，此时可以让对应波束的时钟使能寄存器无效，关闭对应波束处理电路的时钟；或让对应波束的工作使能寄存器无效，让对应波束处理电路节点不发生翻转，降低动态功耗。在有些应用场合，基带处理单元38只是间歇性地工作，此时也可通过间歇性地关闭时钟或工作模式不使能的方式降低动态功耗。
(1)所述使能寄存器41的输出也可以设置为“0”有效，此时DINX的逻辑表达时如下if(EnableX＝1)DINX＝DX；elseDINX＝DY；当EnableX为“1”，选择DX作为DINX输出，因为DX是恒值，DINX将不变化。
(2)所述时钟使能寄存器40的输出也可以设置为“1”有效，此时CLKX的逻辑表达时如下if(CLKXEN＝1)CLKX＝SCLK；elseCLKX＝0；当CLKXEN为“0”，选择“0”作为CLKX输出，即门控时钟CLKX为恒值“0”，不会发生翻转。
权利要求
1.一种北斗导航定位系统的终端用户机，包括天线(8)和射频处理部分(6)，其特征在于，内置CPU(31)和基带处理模块(38)集成在单一芯片(3)中；该用户机这样辅助定位处理由天线(8)进入的高频卫星信号经所述射频处理部分(6)进入所述芯片，再由所述基带处理模块(38)和CPU(31)对本用户地址的卫星信号进行处理并择一响应，然后再通过所述基带处理模块(38)和射频处理部分(6)将应答信号按预设要求发射回卫星；所述射频处理部分也可集成在所述芯片(3)中。
2.根据权利要求1所述用户机，其特征在于，还包括集成在所述芯片(3)中或分离独立的A/D(37)和D/A(39)转换器，电连接在所述射频处理部分(6)和基带处理模块(38)之间所述射频处理部分(6)进行上变频或下变频，所述A/D(37)和D/A(39)转换器进行模数转换和数模转换。
3.根据权利要求1或2所述用户机，其特征在于，所述芯片(3)还包括内部总线(300)和接口电路，所述接口电路、CPU(31)和基带处理模块(38)连接在所述内部总线(300)上，所述CPU(31)采用中央处理器、数字信号处理器DSP、或两者的组合；接收时，该芯片(3)这样处理所述基带数据处理模块(38)将所述模数转换后的数据进行扩频码同步与解扩、载波同步与解调、帧同步、译码校验，获取数据结果，通过所述总线(300)送入所述CPU(31)进行数据拼装和计算，并可进一步通过所述接口电路将所述数据结果送到外设进行处理；发送时，该芯片(3)这样处理所述CPU(31)根据用户设置或接口电路来的数据信息组织发送数据送给所述基带数据处理模块(38)，经编码、扩频和滤波后送入所述D/A转换器(39)。
4.根据权利要求3所述用户机，其特征在于，所述接口电路可以是用于完成CPU(31)与外围设备通讯控制的外围接口单元(30)，也可以是能产生外部存储器接口时序的存储控制器(32)；所述外围接口单元(30)可以外接遵守终端用户机协议规定的智能卡和外设，也可以连接液晶显示器和触摸屏；所述存储控制器可以外接外部数据存储器。
5.根据权利要求4所述用户机，其特征在于，所述外围接口单元(30)包括通用异步收发器UART、通用串行总线USB、同步串行外围接口SPI、内部集成电路总线(I2C)或并行接口其中的任一种或多种。
6.根据权利要求3所述用户机，其特征在于，所述芯片(3)还包括连接在所述总线(300)上的带外挂处理器接口的接口存储器(33)，所述接口存储器(33)是双口存储器；所述接口存储器(33)可作为数据交互存储器，也可以单独作为所述CPU(31)的内部数据存储器；所述芯片(3)和外挂处理器通过所述接口存储器(33)实现数据包交换。
7.根据权利要求3所述用户机，其特征在于，所述芯片(3)还包括连接在所述基带处理模块(38)和内部总线(300)之间的、用于基带处理模块(38)和CPU(31)之间交互控制状态的基带寄存器(34)，以及连接在所述基带处理模块(38)和内部总线(300)之间的、用于实现基带处理模块(38)和CPU(31)之间交互数据的接收存储器(35)和发送存储器(36)。
8.根据权利要求7所述用户机，其特征在于，所述接收存储器(35)和发送存储器(36)可以是双端口或单端口存储器。
9.根据权利要求3或7所述用户机，其特征在于，所述芯片(3)还包括含时钟使能寄存器(40)、工作使能寄存器(41)、工作模式选择单元(42)、时钟门控单元(43)和工作寄存器(44)的降功耗电路；所述时钟使能寄存器(40)和工作使能寄存器(41)包含在所述基带寄存器(34)中；所述降功耗电路这样工作所述CPU(31)根据实际应用背景改变所述时钟使能寄存器(40)和工作使能寄存器(41)的值，再经所述工作模式选择单元(42)和时钟门控单元(43)产生所述工作寄存器(44)的数据输入和时钟输入，然后再由所述工作寄存器(44)控制所述基带处理模块(38)的工作。
全文摘要
本发明涉及并公开了一种北斗导航定位系统的终端用户机，采用ASIC技术的，包括天线(8)、射频处理部分(6)和集成电路芯片(3)；所述芯片(3)实现了CPU(31)和基带处理模块(38)的单一芯片集成，包括内部总线(300)及其上的CPU(31)、外围接口单元(30)和基带处理模块(38)，还包括连接在其上的可外挂处理器的接口存储器(32)，以及降低基带处理模块(38)动态功耗的低功耗电路；CPU(31)和基带处理模块(38)之间通过接收存储器(35)和发射存储器(36)交换数据。这种用户机，高度集成、降低了终端用户机的体积、重量、功耗和成本；模块化、降低了开发尖端的卫星定位系统的复杂度；基于用户基带信号处理特征的低功耗方案，进一步延长了终端可待机时间。
文档编号G01S5/02GK1637430SQ20031012387
公开日2005年7月13日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年12月22日
发明者王良清, 李勇 申请人:李剑