摘要: 随着FPGA制造工艺的不断提高,其设计方法也在不断发展,近年来通过在FPGA芯片中集成嵌入式处理器,来进行嵌入式系统设计。基于FPGA的SoC与传统的基于ASIC的SoC相比具有开发周期短、风险小,可根据实际硬件配置改变硬件设计等优点,可以预见基于FPGA的SoC... 展开 随着FPGA制造工艺的不断提高,其设计方法也在不断发展,近年来通过在FPGA芯片中集成嵌入式处理器,来进行嵌入式系统设计。基于FPGA的SoC与传统的基于ASIC的SoC相比具有开发周期短、风险小,可根据实际硬件配置改变硬件设计等优点,可以预见基于FPGA的SoC必将成为SoC设计的流行趋势之一。 基于FPGA的机电系统智能控制器是以构建可重构系统为基本思想,基于FPGA实现了具有灵活机电系统控制功能的片上系统,可根据控制要求下载不同的配置文件到FPGA芯片中,完成不同的控制功能。课题重点对基于FPGA的嵌入式SoC设计相关理论及技术进行了研究和探讨。 本文首先对FPGA的配置方式和可重构系统的构建方法进行了系统的研究,根据Gaisler Research公司生产的开发板GR-PCI-XC2V3000的硬件及开发软件配置,选择了通过构建可重构的SoC来实现机电系统智能控制器。 文中接下来对LEON3处理器软核进行了研究,建立了基于GRLIB IP库设计的软硬件设计及调试环境,构建了基本的硬件系统框架,并对在系统中嵌入自定义IP核来实现控制功能的可行性进行了探讨。 之后对基于Xilinx MicroBlaze的SoC设计进行了研究。利用EDK开发套件建立硬件系统的基本框架,根据所需要的控制功能来设计硬件控制模块,并对设计模块的控制功能进行仿真；在得到预期的仿真结果后,对IP核模板文件进行改写将控制模块加入其中,并完成IP核通讯部分的改动,得到具有相应控制功能的IP核。文中设计了两个IP核,一个可以实现数模转换器ADC0809的控制功能,另一个可以完成四相四步或四相八步步进电机的启动、加速、减速、变向和停止功能,将设计的IP核嵌入系统进行软硬件协同验证,可以验证系统的控制功能合乎预期,得到FPGA芯片配置的数据文件,可根据控制应用的要求配置进FPGA芯片中,完成机电系统智能控制器的功能。 最后对基于此方法的系统设计进行总结,提出了系统设计的基本流程。采用基于FPGA的可重构系统设计,可以在逻辑资源有限的芯片上实现更多的功能,有效的解决板上资源不足的情况,而基于嵌入自定义IP核控制模块的设计方法,可以灵活的加入新的控制功能或改动现有的控制功能,在系统应用的灵活性和扩展性上有很大优势。 收起