现场可配置片上系统TA7V05的应用研究

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍一款功能强大的片上系统级芯片——Triscend TA7V05,重点介绍其中的CSL功能模块;结合作者的研究方向,给出Triscend A7V芯片在电机控制中的应用。 关键词:ARM 片上系统 可配置系统逻辑矩阵 PWM TA7V05 引言 Triscend A7V是一款完全32位的现场可配置片上系统,整合了广为流行的32位ARM7TDMI处理器内核、编程逻辑、加强的内存子系统和高效专用内部总线。Triscend A7V是从A7家庭上发展而来的。它通过增加众多的硬接线外围,使其功能扩展到电机驱动、工业网络、仪器仪表、低成本IP电话业务等公共领域。结合多功能的系统开发软件FastChip,Triscend A7V给设计者提供了一个可配置平台,用户以此可以快速开发高度自定义的嵌入式系统。 图1 1 结构特点 Triscend A7V是一款完全高效的用户可编程系统芯片。集成高效、低功耗32位ARM7TDMI RISC处理器,8KB混合指令数据缓存,32KB内部高速暂存RAM,新一代嵌入式可编程逻辑架构,高效专用内部总线,外部内存接口支持Flash、E2PROM、SRAM、SDRAM,先进的实时系统内调试能力,简单外部内存独立操作功能,1.8V内核电压,3.3V I/O电压,支持独立3.3V模拟电压,6路独立高效DMA通道。TA7V05芯片的系统结构如图1所示。 图2 ①高效、低功耗32位ARM7 TDMI RISC处理器; *二进制源代码与其它各种ARM7/ARM7TDMI兼容; *广范围C/C++编译器,源码级调试,支持RTOS,使用Thumb指令结构的高代码密度; ②集成10/100M以太网,CAN2.0B控制器,USB1.1控制器; *为Rx %26;amp; Tx内建2KB FIFO,支持3个以上MAC地址,支持MAC暂停; *完全支持CAN2.0B协议,信息滤除支持DeviceNet和CanOpen协议; *5端点控制器,支持全速通用串行总线(12Mb/s)。 ③8通道10位ADC,多功能定时器阵列(MFTA),全特生内存接口单元; *8路模拟通道,10位内部采样保持A/D转换器,转换周期5μs(200kHz采样频率),外部边沿触发或SW命令触发转换,可编程扫描序列发生器; 表1和表2 *4个独立的升降定时器,定时器可由CSL异步复位和计时; *支持外部Flash、SDRAM内存子系统,SDRAM自动支持自我刷新、自动刷新和初始化。 ④嵌入式SRAM基础的可配置系统逻辑(CSL)矩阵; *超过3800个触发器和300个可编程输入输出(PIOs); *针对快速加法器、乘法器、计数器的专门电路; *支持标准逻辑设计工具,VHDL/Verilog综合和仿真,原理图输入。 表3 ⑤高效专用系统总线: *可配置系统互连(CSI)总线结合CSL矩阵和SoC系统; *300MB/s的尖峰传递率,32位地址、数据总线,支持可编程等待状态; *公开定义与CSL矩阵接口的CSL插口总线,12个总线管理器和内建仲裁器。 2 CSL功能介绍 由于TA7V系列内部集成了一个可编程逻辑矩阵,此能够更加灵活地开发使用这款芯片。我们可以通过逻辑设计工具,以VHDL或Verilog语言来设计逻辑电路并实现相应的逻辑功能。这样就可以通过软件在系统硬件范畴内做灵活的设计。前面已经提及了CSL功能模块的特点,下面具体介绍TA7V05的可配置系统逻辑单元(CSL)。 图4 CSL提供灵活的可编程资源,以实现多种数字功能。由于与CSI总线密切连接,CSL矩阵可以理想地CPU所需要的各种CSL逻辑功能。此矩阵由多个CSL堆构成。含有独自CSL单元的堆是一个方形的阵列。A7V05 CsoC上的可编程逻辑包含4个CSL堆,每个堆由列16行共128个CSL单元组成,如力所示,共对应12个CSL单元。垂直和水平断路器将各自CSL堆与CSI总线源分开。 垂直断路器出现在每个CSL堆的上面,分配选择器输入输出信号、断点控制信号、全避缓冲信号和等待控制信号。CSI读数据返回路径也靠直断路器锁定。水平断路器出现在相邻CSL堆列之间,将CSI总线进行信号分配到CSL堆上。断路器包含CSI总线资源。信号通过断路器可以在不同CSL堆间传送。当然,经过断路器时会带来信号延时。 每个CSL单元,由一个触发器和其它功能模块组成,可实现不同的逻辑、算数、存储操作。这些资源的独立或串接操作,取决于特殊功能的使用情况。一个独立的CSL单元有逻辑功能、算术功能、存储功能、总线功能,时序功能供使用。基本的CSL单元结构,包括组合逻辑和时序逻辑,如图3所示。 图5 下面就其实现的不同功能作一下描述。表1为CSL单元中逻辑功能的实现,表2为CSL单元中算术功能的实现,表3为CSL单元中存储功能的实现。 每个CSL单元包含一个D型触发器。该触发器按以下方式控制: *高电平有效时钟使能输入; *可翻转边沿触发时钟输入; *异步输入使触发器置位或清零。 3 TA7V系列的相关应用 典型的由TA7V构成的系统框图如图4所示。 静态内存接口单元TA7V与扩展内存Flash,SDRAM的无缝连接。MSSIU(内存接口单元)标准连接含有A7V初始化程序和用户应用代码的扩展Flash内存。MSSIU接口在与别的外部器件连接时可重复使用。 TA7V强大的32位精简指令处理器、高效精悍的指令集、全特性内存扩展、丰富的外围设置、扩展的联网能力、高性价比低功耗,高稳定性和强抗干扰特性,使得该系列芯片在协同控制工业电机驱动方面可以发挥强大的优势。下面介绍TA7V在电机驱动方面的应用。TA7V构成的PWM脉冲输出系统,可以驱动相应的功率主电路,如IPM、IGBT逆变器等,再加上一些外围电路和目标电机,就构成了完整的交流电机调速系统。驱动电路结构框图如图5所示。 用TA7V实现控制电机,就是利用其中的CSL的灵活设置特性,通过相关的开发工具软件FastChip配制成先进的电机控制PWM功能。利用芯片中自带的模拟数字转换(ADC)实现外部模拟量检测,多功能定时器阵列(MFTA)实现时间周期检测,产生循环事件,波形生成和作为正交编码器接口(QEI)的计算部分。内建以太网/CAN接口,实现控制联网。电机控制系统软件流程如图6所示。 结语 TA7V CsoC外设丰富、处理能力强、指令系统简单,特别是集成了CSL,依靠相关的开发软件,可实现典型的微控制功能。包括参数配置先进的电机控制PWM、LCD控制、通信接口(SSI、I2C、RS-232、RS-485、HDLC)。因此A7V可广泛用于便携式设备,仪器仪表,低成本IP电话,LCD可视系统,工业联网,电机控制等众多领域。
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