ARM設(shè)計(jì)的FPGA可重構(gòu)配置方法的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

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3 可重構(gòu)配置應(yīng)用

結(jié)合上述可重構(gòu)配置分析，我們利用了FPGA可重構(gòu)特性，實(shí)現(xiàn)模塊化機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)．模塊化機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制電機(jī)數(shù)量多，而且針對(duì)不同構(gòu)形控制策略也有差別，如四自由度串聯(lián)式機(jī)器手構(gòu)形和全向移動(dòng)小車構(gòu)形(圖4所示)從控制策略到控制電機(jī)數(shù)量都有很大的不同，這就要求控制器可以根據(jù)不同構(gòu)形動(dòng)態(tài)的改變控制策略，也即控制器的可重構(gòu)．為此，在模塊化機(jī)器人可重構(gòu)控制模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，提出基于ARM和FPGA的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的模塊化機(jī)器人控制系統(tǒng)方案，充分利用嵌入式ARM核微處理器高性能、低功耗、資源豐富等方面的性能和FPGA內(nèi)部邏輯可重構(gòu)的特性，由主處理器根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前構(gòu)形選擇不同的控制策略并對(duì)FPGA內(nèi)部邏輯進(jìn)行動(dòng)態(tài)重配，以適應(yīng)不同構(gòu)形及應(yīng)用的需要．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。

ARM模塊選用s3c241Ox運(yùn)行 C／OS—II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)運(yùn)行控制軟件，完成模塊化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能及對(duì)FPGA內(nèi)部邏輯實(shí)時(shí)重構(gòu)．FPGA內(nèi)部運(yùn)行軟核處理器，負(fù)責(zé)與模塊化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)的任務(wù)，如舵機(jī)控制、直流電機(jī)控制、系統(tǒng)IO控制、傳感器數(shù)據(jù)采集等任務(wù)．

對(duì)FPGA配置采用上述基于ARM的PS配置方法，平臺(tái)充分利用了FPcA內(nèi)部邏輯可重構(gòu)的特性，可組成多種不同構(gòu)形，不同構(gòu)形具有不同的物理結(jié)構(gòu)和控制方式，以滿足不同任務(wù)需求．其重構(gòu)方法采用：

(1)根據(jù)具體構(gòu)形規(guī)劃系統(tǒng)硬件資源種類，如構(gòu)形需要的直流電機(jī)數(shù)量、舵機(jī)數(shù)量、系統(tǒng)I／，O數(shù)量以及各種傳感器的數(shù)目．

(2)根據(jù)硬件資源種類修改FPcA內(nèi)部邏輯，實(shí)現(xiàn)硬件層次的“重構(gòu)”．

(3)根據(jù)FPGA邏輯的變化，進(jìn)行軟件的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)軟件層次的“重構(gòu)”．

(4)將FPGA配置文件下載到ARM的存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)上電后，ARM結(jié)合需求通過讀取相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)的配

置文件對(duì)FPGA進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)．

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，利用ARM的實(shí)時(shí)處理功能，對(duì)FPGA內(nèi)部邏輯進(jìn)行動(dòng)態(tài)重配，所設(shè)計(jì)的控制平臺(tái)可以滿足可重構(gòu)配置的性能要求．

4 結(jié)語

文中給出了基于ARM的FPGA的Ps加載配置方案，該方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，充分利用ARM處理器功能強(qiáng)、速度快、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，在系統(tǒng)中可預(yù)先包含多個(gè)不同功能的配置文件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要進(jìn)行相應(yīng)的配置，實(shí)現(xiàn)在線更新FPGA功能，既節(jié)省了開發(fā)成本，又滿足了一些特殊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，也充分顯示出FPGA現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)、靈活運(yùn)用的設(shè)計(jì)理念，方案的提出，對(duì)嵌人式數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)慕梃b意義．