Zynq-7000的柔性直流輸電橋臂控制器設計

Linux內(nèi)核在CPU0啟動成功后，此時CPU1處于休眠狀態(tài)，會一直輪詢0xFFFF FFF0地址處的數(shù)值，非零就把讀取到的數(shù)值裝載到PC寄存器，跳轉到對應的地址執(zhí)行指令。CPU0通過Linux的devmem命令把CPU1的DDR3內(nèi)存起始地址0x3000 0000寫入0xFFFF FFF0，啟動CPU1：devmem 0xFFFF FFF0 0x3000 0000。

CPU1啟動后，在主函數(shù)注冊中斷服務函數(shù)，當FPGA的數(shù)據(jù)中斷發(fā)生時進入中斷函數(shù)，進行故障判斷并生成控制指令。因為CPU1運行的是裸機程序，其中斷響應時間要比運行Linux的CPU0響應時間短。

3. 3 系統(tǒng)軟件升級

橋臂控制器在調(diào)試過程中經(jīng)常需要對代碼進行升級，而程序代碼和FPGA的配置文件固化在外部Quad-SPIFlash中，通過開啟CPU0上Linux的SSH和FTP服務，使用網(wǎng)口可以重新燒寫Flash中的文件，步驟如下：

①PC電腦通過FileZilla Client(Windows下的ftp工具)登錄Linux的ftp服務器，將新的燒寫文件上傳到Linux的文件系統(tǒng)下;

②PC電腦通過putty(Windows下的ssh工具)登錄Linux的root賬號;

③在putty界面下，使用Linux自帶的flashcp命令將上傳的文件燒寫到外部Quad—SPI Flash。

橋臂控制器重啟后，系統(tǒng)軟件得到更新。

3.4 應用程序流程

系統(tǒng)程序流程如圖4所示。

4 FPGA通信傳輸率測試

ARM和FPGA通過AXI4數(shù)據(jù)總線進行通信，數(shù)據(jù)帶寬最高達到1 024位，本文主要測試了64位突發(fā)傳輸率。

對于64位突發(fā)傳輸，分別測試FPGA工作頻率為50 MHz、100 MHz和150 MHz時，F(xiàn)PGA發(fā)送256個64位數(shù)據(jù)的用時，如表1所列。

由表1可以計算得出不同F(xiàn)PGA工作頻率下，數(shù)據(jù)位寬為64位時的傳輸速率，如表2所列。

由表2可見，使用zynq—xc7z020芯片能夠極大提高FPGA和ARM的數(shù)據(jù)傳輸速率。

結語

本文設計的橋臂控制器，采用Xilinx Zynq—xc7z020芯片，使用AXI總線取代了以前的DSP+FPGA數(shù)據(jù)總線方式，實測的最高數(shù)據(jù)傳輸率達到8.9 Gb/s，極大地改善了閥控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的實時性，同時簡化了控制板卡的硬件設計，降低了板卡功耗，提升了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

利用芯片上集成的ARM Cortex-A9 MPCore雙核處理器，搭建了AMP多系統(tǒng)架構，在保證系統(tǒng)實時響應FPGA中斷的同時，移植了Linux操作系統(tǒng)，提供了人機交互界面，為橋臂控制器添加了新的控制功能，簡化了柔性直流輸電閥控系統(tǒng)的整體設計。