基于SOPC技术的EPA现场控制器的设计

2011-05-27 21:14:46来源: EEPW

  引言

  随着以太网技术的飞速发展,工业以太网渐渐成为自动化控制系统里主流的高速率的通信方式,工业以太网技术已经成为一个独立发展的分支。EPA是我国第一个拥有自主知识产权、并被国际标准化组织接收和采用的工业自动化标准。该标准是一种基于以太网、无线局域网、蓝牙等信息网络通信技术的,适用于工业自动化控制系统装置与仪器仪表间、工业自动化仪器仪表相互间数据通信的工业控制网络通信标准。

  大量的EPA现场设备都是通过加装EPA通信卡来进行通信,该通信卡的处理器多数采用ARM核。近年来,随着半导体技术的飞速发展,传统的芯片设计方法正在进行一场革命,其标志就是系统芯片(SoC)被业界广泛接受,并成为研究和开发的热点。随着SoC技术应运而生的是SOPC 技术。它结合了SoC和FPGA的优点,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件在系统中可编程的功能。SOPC能够提供更好的性能以及更低的功耗,有效节省电路板空间并降低产品的总成本,电子工业正逐渐向SOPC设计转移,使SOPC成为现代电子系统的最佳选择之一。在充分研究EPA网络通信和SOPC技术的基础上,开发了一种基于SOPC技术的EPA控制器。

  SOPC技术

  SOPC技术是美国Altera公司于2000年最早提出的,并同时推出了相应的开发软件Quartus II。SOPC是基于FPGA解决方案的SoC,与ASIC的SoC解决方案相比,SOPC系统及其开发技术具有更多的特色,并具备以下的基本特征:至少包含一个以上的嵌入式处理器IP核;具有小容量片内高速RAM资源;丰富的IP核资源可供灵活选择;有足够的片上可编程逻辑资源;处理器调试接口和FPGA编程接口共用或并存;可包含部分可编程模拟电路;单芯片、低功耗。

  SOPC是一种新的系统设计技术,也是一种新的软硬件综合设计技术。通过它,可以很快地将硬件系统(包括微处理器,存储器,外设以及用户逻辑电路等)和软件设计都放在一个可编程的FPGA芯片中,以达到系统的IC设计。这种设计方式,具有开发周期短以及系统可修改等优点。设计完成的SOPC可以通过HARDCOPY转为ASIC芯片,从而可以实现快速量产。

  EPA现场控制器设计

  针对控制系统中连接管理网、控制网和现场设备单元的要求,采用SOPC技术、现场总线技术和自动控制技术,设计一种适用于EPA工业以太网的控制器,并在其可编辑软核的CPU处理器上实现了实时操作系统及EPA通信协议栈。该EPA现场控制器可实现实时控制信息的输入输出,并对以太网上的其他的EPA设备进行监控、显示和故障报警。本文将针对该EPA控制器的基于SOPC技术的CPU核心处理模块和通信处理模块分别进行说明。

  EPA现场控制器的硬件设计总体方案

  图1是EPA现场控制器的硬件系统结构框图。整个设计中,硬件上实现EP1C12Q240C8芯片、LAN91C111芯片的外围接口电路的设计;实现了串口通信和网络通信的设计;实现了复位电路、JTAG、时钟电路、电源电路的设计;实现了键盘电路、LCD显示电路、蜂鸣器报警电路的设计;实现了HY57V641620芯片、AM29LV160芯片外围电路的设计,拓展了丰富的存储器资源,可移植linux、windows CE操作系统等;拓展了总线接口,可以根据工业现场的实际需要接入相应的板卡(如DI/DO模块、AI/AO模块,实现与现场数据之间的数模、模数转换、拓展MMC存储卡,拓展其存储容量等)。

基于FPGA的EPA控制器的硬件结构框图

图1基于FPGA的EPA控制器的硬件结构框图

  在设计时,考虑到由于该控制器的结构、功能较为复杂,涉及到的器件种类较多。所以在设计时,将硬件板卡分为两部分来做。第一部分:CPU核心处理模块,包含CPU处理器EP1C12Q240C8、存储器(FLASH、SDRAM)、电源部分、时钟源、JTAG、EPCS下载口和复位电路。第二部分:通信处理模块,包含网络通信(LAN91C111网卡芯片和RJ45)、串口通信(MAX3232)、LCD接口、键盘接口和蜂鸣器。

[1] [2] [3] [4]

关键字:SOPC  EPA  现场控制器

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0527/article_2150.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
SOPC
EPA
现场控制器

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

夏宇闻老师专栏

你问我答FPGA设计

北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved