基于Spartan-6 FPGA的可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

　　最終，我們?cè)O(shè)計(jì)出了一種定制嵌入式軟件應(yīng)用，可以在運(yùn)行于 MicroBlaze 處理器系統(tǒng)的 MicriumμC/OS-II 上運(yùn)行。μC/OS-II 是一種嵌入式操作系統(tǒng)，可增強(qiáng)原型系統(tǒng)的實(shí)時(shí)功能，并提供多任務(wù)、消息隊(duì)列和信號(hào)量等功能。

　　我們還意識(shí)到，應(yīng)該讓應(yīng)用的結(jié)構(gòu)能夠適用于多種不同的網(wǎng)絡(luò)接口。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)接口抽象層，可以讓我們封裝通信和軟件的電機(jī)控制組件。

　　在這個(gè)接口的一側(cè)(圖 4)，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模塊(Port 公司的 CANopen 或 EtherCAT)，用以管理系統(tǒng)中可用網(wǎng)絡(luò) IP 核的通信。這些模塊可以無(wú)縫地插入我們的接口抽象層上。在這些協(xié)議棧的頂層，我們把通信和控制數(shù)據(jù)(比如 PDO、SDO 和 NMT 狀態(tài)交易)傳輸?shù)匠橄髮又?，然后抽象層將?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)譯并以諸如啟動(dòng)/停止、以特定速率旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)到特定位置之類的命令提交給電機(jī)控制應(yīng)用。

　　圖 4：接口抽象層

　　為了為接口抽象層確定一組通用信息和命令，我們研究了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域現(xiàn)有的專著，研讀了 IEC 61800-7 標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，有幾種用于標(biāo)準(zhǔn)化與驅(qū)動(dòng)設(shè)備通信的方案(比如 CANopen 使用的 CiA-402、Profinet 使用的 PROFIdrive)。IEC 68000-7 標(biāo)準(zhǔn)提出了驅(qū)動(dòng)器的通用表達(dá)，并計(jì)劃提供這種通用表達(dá)與現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器特性之間的一組映射。

　　IEC 68000-7 標(biāo)準(zhǔn)提出的概念為我們開發(fā)接口抽象層奠定了基礎(chǔ)，使我們能夠?qū)ο到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組件進(jìn)行封裝。我們因此可以更改系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)接口，而這只需要對(duì)軟件稍加定制修改，就可以讓其與現(xiàn)有的電機(jī)控制應(yīng)用兼容。

　　展望未來(lái)

　　這款智能驅(qū)動(dòng)控制系 統(tǒng)原型的成功交付清晰地展現(xiàn)了 FPGA 在工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線和電機(jī)控制領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿?。下一步賽靈思設(shè)計(jì)服務(wù)部將考慮擴(kuò)展該目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)，以支持 Profinet IP 核和協(xié)議棧，向客戶展現(xiàn)賽靈思設(shè)計(jì)服務(wù)部采用的模塊方案和設(shè)計(jì)實(shí)踐的效果。