ARM7与FPGA在工业控制的结合

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        工业控制中往往需要完成多通道故障检测及多通道命令控制(这种多任务设置非常普遍),单独的CPU芯片由于其外部控制接口数量有限而难以直接完成多路检控任务,故利用ARM芯片与FPGA相结合来扩展检控通道是一个非常好的选择。这里介绍用Atmel公司ARM7处理器(AT91FR40162)和ALTERA公司的低成本FPGA芯片(cyclone2)结合使用完成多通道检控任务的一种实现方法。

  各部分功能简介

        图1为此系统的结构连接框图。如图所示,ARM芯片与FPGA芯片之间通过数据总线、地址总线及读写控制线相连,而与终端PC则通过串口通信;FPGA与目标设备通过命令控制总线和故障检测总线相连。

图1 系统结构框图

        1 故障检测和命令控制部分

        故障检测:检测通道的故障(正常)信号以高(低)电平方式指示,其一旦有故障产生就会保持高电平不变直到故障排除。针对这种特征,在ARM控制器端采用定时中断循环查询方式来判断故障通道的状态。定时中断程序通过对ARM 地址总线在FPGA中进行译码而顺序锁定被检测通道的电平值,然后再经数据总线传回ARM进行判断,最后将判断结果送至远程终端。采用主机查询方式而不采用故障中断方式出于两个原因:一方面是通常控制芯片外部中断源有限(多数为4个外部中断源),对于多目标中断信号检测显然是困难的;另一方面,由于检测通道或设备受到短时干扰而产生电平随机反转,造成故障中断触发,而中断触发后又无法在通道电平恢复正常时撤销故障信号,故而形成虚假报警。

        命令控制:ARM芯片先判断主控端发来的控制命令,然后通过地址总线和数据总线将命令状态发送至经FPGA地址译码锁定的控制通道上。

        2 ARM芯片与远程检测控制终端通信  

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