RF - 今日电子
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应用设计:工业控制<br />
ARM7 与 FPGA 相结合在工业控制<br />
和故障检测中的应用<br />
工业控制中往往需要完成多通道故<br />
障检测及多通道命令控制(这种多任务<br />
设置非常普遍),单独的 CPU 芯片由于<br />
其外部控制接口数量有限而难以直接完<br />
成多路检控任务,故利用 ARM 芯片与<br />
FPGA 相结合来扩展检控通道是一个非<br />
常好的选择。这里介绍用 Atmel 公司<br />
ARM7 处理器(AT91FR40162)和<br />
ALTERA 公司的低成本 FPGA 芯片<br />
(cyclone2)结合使用完成多通道检控任<br />
务的一种实现方法。<br />
各部分功能简介<br />
图 1 为此系统的结构连接框图。如<br />
图所示,ARM 芯片与 FPGA 芯片之间<br />
图 1 系统结构框图<br />
通过数据总线、地址总线及读写控制线<br />
相连,而与终端 PC 则通过串口通信;<br />
FPGA 与目标设备通过命令控制总线和<br />
故障检测总线相连。<br />
1 故障检测和命令控制部分<br />
故障检测:检测通道的故障(正常)<br />
信号以高(低)电平方式指示,其一旦<br />
有故障产生就会保持高电平不变直到故<br />
障排除。针对这种特征,在 ARM 控制<br />
器端采用定时中断循环查询方式来判断<br />
故障通道的状态。定时中断程序通过对<br />
ARM 地址总线在 FPGA 中进行译码而<br />
顺序锁定被检测通道的电平值,然后再<br />
经数据总线传回 ARM 进行判断,最后<br />
将判断结果送至远程终端。采用主机查<br />
询方式而不采用故<br />
障中断方式出于两<br />
个原因:一方面是<br />
通常控制芯片外部<br />
中断源有限(多数<br />
为 4 个 外 部中断<br />
源),对于多目标<br />
中断信号检测显然<br />
是困难的;另一方<br />
面,由于检测通道<br />
或设备受到短时干<br />
西安电子科技大学电子工程系 杨培营 刘书明<br />
扰而产生电平随机反转,造成故障中断<br />
触发,而中断触发后又无法在通道电平<br />
恢复正常时撤销故障信号,故而形成虚<br />
假报警。<br />
命令控制:ARM 芯片先判断主控<br />
端发来的控制命令,然后通过地址总线<br />
和数据总线将命令状态发送至经 FPGA<br />
地址译码锁定的控制通道上。<br />
2 ARM芯片与远程检测控制终端通信<br />
由于只存在命令和故障状态信号的<br />
收发,所以利用 ARM 的串口实现与远<br />
程 PC 的通信,通信标准选为 RS232 标<br />
准。不过,在 ARM 芯片上要先将 TTL<br />
电平通过MAX232 芯片转换为 RS232 电<br />
平标准,对于距离超过 15m 的全双工通<br />
信,在发送接收两端还要各加一对<br />
RS232 转 RS422 电平的转换模块,以增<br />
加通信距离。<br />
3 FPGA 内部功能模块说明<br />
FPGA 内部检测及控制电路结构关<br />
系如图 2 所示。<br />
ARM 芯片的 ADDR2~0 位地址线<br />
和 片选使能信号一同进入译码器<br />
decode1 进行地址译码后产生 8 路输出<br />
(FPGA 内部可设置一个最大输出为 256<br />
路的译码模块,所以在实际应用中可扩<br />
<strong>今日电子</strong> · 2007 年 12 月<br />
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