一种基于SoC‑FPGA的电机单片控制装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于SoC‑FPGA的电机单片控制装置，包括SoC‑FPGA单元和外部功能单元，SoC‑FPGA单元包括FPGA模块和HPS模块，所述的FPGA模块包括外设管理单元、特殊功能单元、快速并行运算单元、快速中断接口和PWM输出接口；所述的外设管理单元用于负责外部功能单元的工作控制，包括模拟量输入接口、数字量输入输出接口、温度信号接口、DA输出接口、QEP接口以及通信接口，所述的HPS模块主要包括ARM、RAM控制器、存储控制器以及驱动程序接口；此种控制架构不仅发挥了FPGA灵活、扩展性强的优点，又充分利用了HPS的运算能力和强大的系统管理功能，而且FPGA和HPS间丰富的布线资源和高效的总线系统可大大提高控制系统的性能降低成本，本发明所提出的硬件架构，具有很强的实用价值。

主权项

一种基于SoC‑FPGA的电机单片控制装置，其特征在于：包括SoC‑FPGA单元和外部功能单元，所述的SoC‑FPGA单元包括FPGA模块和HPS模块；所述的FPGA模块包括外设管理单元、特殊功能单元、快速并行运算单元、快速中断接口和PWM输出接口；所述的外设管理单元用于负责外部功能单元的工作控制；所述的外部功能单元用于数据获取、状态监测等AD/DA外围芯片的管理，使得这些低速外设最终以地址和数据的形式面向上层系统，包括模拟量输入接口、数字量输入输出接口、温度信号接口、DA输出接口、QEP接口以及通信接口；所述的模拟量输入接口用于采集电机运行的电压、电流等信息；所述的数字量输入输出接口用于采集外部的开关状态或者输出开关状态控制；所述的PWM输出接口用于输出给功率模块的控制信号；所述的温度信号接口用于采集电机、冷却装置等的温度信息，监视系统的安全运行范围；所述的DA输出接口用于输出可控的模拟信号；所述的QEP接口用于采集电机的转速、转向等信息；所述的通信接口包括以太网、CAN、USB、RS485和RS232；所述的特殊功能单元用于实现一些与电机控制相关的特殊功能；所述的快速中断接口完成实时数据处理、硬件保护等功能需求，确保控制器的实时性和可靠性；所述的PWM输出接口为外部功率器件的PWM驱动控制端，用于检测功率器件反馈信号以判断其工作状态；所述的桥接器用于完成统一地址映射；所述的HPS模块包括ARM、RAM控制器、存储控制器以及驱动程序接口；所述的ARM负责整个系统的通信管理、内存管理、算法执行等等功能；所述的RAM控制器负责系统的内存管理与控制，保证系统的高效运行；所述的存储控制器用于接收ARM的控制信号并完成系统的存储功能并完成存储管理；所述的驱动程序接口用于实现系统的其它功能扩展。