运动控制器中基于fpga的pci接口控制器的研究

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1、万方数据设计实例DesignIdeas《电气自动化}2010年第32卷第2期运动控制器中基于FPGA的PCI接口控制器的研究ResearchofFPGA．basedPCIInterfaceintheMotionController成都航空职业技术学院(成都610021)曾方万蓉(ChengduAeronauticVocationalandTechnologyCollege，ChengduSichuan610021，China)ZengFangWangRong摘要：在小型机械控制和工业现场中，采用PIC总线和基于FPGA的开放式运动控制可以较好的符合

2、其控制要求，改善控制性能，同时可以很方便地进行现场调试和修改。该文对于这个控制系统中，基于FPGA的PCI接口控制器的设计作了初步的探讨。关键词：运动控制PCI接口FPGAAbstract：Inthesmall-scalemechanicalcontrolandindustrialscene．theapplicationofPICbusandFPGA—basedopeningmotioncontrolCallbettermeetcontrolrequirementsandimprovecontrolperformance，whileitiseasy

3、todebugandmodifyon·site．Inthispaper，thiscontrolsystem，theFPGA-basedPCIinterfacecontrollerdesign，isprimarydiscussed．Keywords：motioncontrolPCIinterfaceFPGA【中图分类号】TM571．2【文献标识码】A【文章编号】1000．3886(2010)02．0079．031引言运动控制器是以微处理器为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机动力装置和执行机构为运动控制对象，以实现预定运动轨迹目标的一种控制装置。最初

4、主要用于机械加工，主要具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点，从很大程度上提高_r现有加工制造的精度、柔性和市场需求的能力。运动控制器的上位机控制常采用专用芯片或PC机。如果采用专用芯片其价格昂贵．而用PC机则硬件设计复杂，采用芯片较多，通信也很复杂。本文采用一种基于FPGA技术应用于运动控制器和Pc机之间，其中的PCI总线技术较好地解决了上述方案中的局限性，整个系统的结构示意如图1所示。PC,I总线运动控制卡接¨图1运动控制系统在这样一个开环控制系统中，FPGA(现场可编程门阵列)是一种可编程逻辑器件，它是在PAL，GA

5、L等逻辑器件的基础之上发展起来的，实际上就是一个子系统部件。其中FPGA的程序设计主要包括PCI接口模块和MCC运动控制模块设计。PCI接口控制器的研究即为本文讨论重点。2PCI模块开发现状幢I开发PCI接口目前主要有两种方式，一是使用专用的PCI接口芯片，可以实现完整的PCI主控模块和目标模块接口功能，将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的用户接121。用户只要设计转换后的总线接口即可，缩短了开发周期。缺点是用户可能只用到部分PCI接口功能，这样造成了一定的逻辑资源浪费，也缺乏灵活性，很可能增加板上的组件，导致产品成本的增加和叮靠性的降低。本文采

6、用的第二种方法，即使用可编程器件，例如用FPGA。它的优点在于其灵活的可编程性，首先PCI接口可以依据插卡功能进行最优化，而不必实现所有的PCI功能，这样可以节约系统的逻辑资源。而且，用户可以将PCI插卡上的其他用户逻辑与PCI接口逻辑集成在一个芯片上，实现紧凑的系统设计。当系统升级时，只需对可编程器件重新进行逻辑设计，而无需更新PCB版图。3PCI模块设计FPGA的内部的接口模块框图如图2所示。图中PCI接口模块作为一个转换接口工作于PCI总线与MCC之间，其主要功能是起一个桥梁作用，完成用户设备与PCI总线间的信息传递。系统通过PCI模块可实现

7、运动控制卡与Pc机进行数据交换。MCC运动控制模块通过PCI模块从PC机得到数据，从而控制多轴电机的运动。而GPIO是一通用的I／O接口。在PCI的设计中，核心内容为时序控制设计和配置空间设计两部分。时序控制保证PCI按正常时序工作，配置空间部分则保证PCI的即插即用功能。3．1PCI时序控制图2FPGA内部接口模块万方数据《电气自动化)2010年第32卷第2期设计实例DesignIdeas3．1．1PCI接口地址分配PCI接口模块根据地址空间为其它模块做地址分配。PCI总线定义了3种物理地址空间，分别是存储器地址空间、I／O地址空间和配置地址空问

8、。这个接口提供的存储器宅问大小为256字节，I／O空间大小为512字节，它们的空间大小都是可以改变的。PCI接口模块的前2