現(xiàn)場(chǎng)可配置片上系統(tǒng)TA7V05的應(yīng)用研究
關(guān)鍵詞：ARM 片上系統(tǒng) 可配置系統(tǒng)邏輯矩陣 PWM TA7V05
引言
Triscend A7V是一款完全32位的現(xiàn)場(chǎng)可配置片上系統(tǒng)，整合了廣為流行的32位ARM7TDMI處理器內(nèi)核、編程邏輯、加強(qiáng)的內(nèi)存子系統(tǒng)和高效專(zhuān)用內(nèi)部總線。Triscend A7V是從A7家庭上發(fā)展而來(lái)的。它通過(guò)增加眾多的硬接線外圍，使其功能擴(kuò)展到電機(jī)驅(qū)動(dòng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、低成本IP電話(huà)業(yè)務(wù)等公共領(lǐng)域。結(jié)合多功能的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件FastChip，Triscend A7V給設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)可配置平臺(tái)，用戶(hù)以此可以快速開(kāi)發(fā)高度自定義的嵌入式系統(tǒng)。
圖1
1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
Triscend A7V是一款完全高效的用戶(hù)可編程系統(tǒng)芯片。集成高效、低功耗32位ARM7TDMI RISC處理器，8KB混合指令數(shù)據(jù)緩存，32KB內(nèi)部高速暫存RAM，新一代嵌入式可編程邏輯架構(gòu)，高效專(zhuān)用內(nèi)部總線，外部?jī)?nèi)存接口支持Flash、E2PROM、SRAM、SDRAM，先進(jìn)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)調(diào)試能力，簡(jiǎn)單外部?jī)?nèi)存獨(dú)立操作功能，1.8V內(nèi)核電壓，3.3V I/O電壓，支持獨(dú)立3.3V模擬電壓，6路獨(dú)立高效DMA通道。TA7V05芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖2
①高效、低功耗32位ARM7 TDMI RISC處理器；
*二進(jìn)制源代碼與其它各種ARM7/ARM7TDMI兼容；
*廣范圍C/C++編譯器，源碼級(jí)調(diào)試，支持RTOS，使用Thumb指令結(jié)構(gòu)的高代碼密度；
②集成10/100M以太網(wǎng)，CAN2.0B控制器，USB1.1控制器；
*為Rx & Tx內(nèi)建2KB FIFO，支持3個(gè)以上MAC地址，支持MAC暫停；
*完全支持CAN2.0B協(xié)議，信息濾除支持DeviceNet和CanOpen協(xié)議；
*5端點(diǎn)控制器，支持全速通用串行總線（12Mb/s）。
③8通道10位ADC，多功能定時(shí)器陣列（MFTA），全特生內(nèi)存接口單元；
*8路模擬通道，10位內(nèi)部采樣保持A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換周期5μs（200kHz采樣頻率），外部邊沿觸發(fā)或SW命令觸發(fā)轉(zhuǎn)換，可編程掃描序列發(fā)生器；
表1和表2
*4個(gè)獨(dú)立的升降定時(shí)器，定時(shí)器可由CSL異步復(fù)位和計(jì)時(shí)；
*支持外部Flash、SDRAM內(nèi)存子系統(tǒng)，SDRAM自動(dòng)支持自我刷新、自動(dòng)刷新和初始化。
④嵌入式SRAM基礎(chǔ)的可配置系統(tǒng)邏輯（CSL）矩陣；
*超過(guò)3800個(gè)觸發(fā)器和300個(gè)可編程輸入輸出（PIOs）；
*針對(duì)快速加法器、乘法器、計(jì)數(shù)器的專(zhuān)門(mén)電路；
*支持標(biāo)準(zhǔn)邏輯設(shè)計(jì)工具，VHDL/Verilog綜合和仿真，原理圖輸入。
表3
⑤高效專(zhuān)用系統(tǒng)總線：
*可配置系統(tǒng)互連（CSI）總線結(jié)合CSL矩陣和SoC系統(tǒng)；
*300MB/s的尖峰傳遞率，32位地址、數(shù)據(jù)總線，支持可編程等待狀態(tài)；
*公開(kāi)定義與CSL矩陣接口的CSL插口總線，12個(gè)總線管理器和內(nèi)建仲裁器。
2 CSL功能介紹
由于TA7V系列內(nèi)部集成了一個(gè)可編程邏輯矩陣，此能夠更加靈活地開(kāi)發(fā)使用這款芯片。我們可以通過(guò)邏輯設(shè)計(jì)工具，以VHDL或Verilog語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)邏輯電路并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能。這樣就可以通過(guò)軟件在系統(tǒng)硬件范疇內(nèi)做靈活的設(shè)計(jì)。前面已經(jīng)提及了CSL功能模塊的特點(diǎn)，下面具體介紹TA7V05的可配置系統(tǒng)邏輯單元（CSL）。
圖4
CSL提供靈活的可編程資源，以實(shí)現(xiàn)多種數(shù)字功能。由于與CSI總線密切連接，CSL矩陣可以理想地CPU所需要的各種CSL邏輯功能。此矩陣由多個(gè)CSL堆構(gòu)成。含有獨(dú)自CSL單元的堆是一個(gè)方形的陣列。A7V05 CsoC上的可編程邏輯包含4個(gè)CSL堆，每個(gè)堆由列16行共128個(gè)CSL單元組成，如力所示，共對(duì)應(yīng)12個(gè)CSL單元。垂直和水平斷路器將各自CSL堆與CSI總線源分開(kāi)。
垂直斷路器出現(xiàn)在每個(gè)CSL堆的上面，分配選擇器輸入輸出信號(hào)、斷點(diǎn)控制信號(hào)、全避緩沖信號(hào)和等待控制信號(hào)。CSI讀數(shù)據(jù)返回路徑也靠直斷路器鎖定。水平斷路器出現(xiàn)在相鄰CSL堆列之間，將CSI總線進(jìn)行信號(hào)分配到CSL堆上。斷路器包含CSI總線資源。信號(hào)通過(guò)斷路器可以在不同CSL堆間傳送。當(dāng)然，經(jīng)過(guò)斷路器時(shí)會(huì)帶來(lái)信號(hào)延時(shí)。
每個(gè)CSL單元，由一個(gè)觸發(fā)器和其它功能模塊組成，可實(shí)現(xiàn)不同的邏輯、算數(shù)、存儲(chǔ)操作。這些資源的獨(dú)立或串接操作，取決于特殊功能的使用情況。一個(gè)獨(dú)立的CSL單元有邏輯功能、算術(shù)功能、存儲(chǔ)功能、總線功能，時(shí)序功能供使用。基本的CSL單元結(jié)構(gòu)，包括組合邏輯和時(shí)序邏輯，如圖3所示。
圖5
下面就其實(shí)現(xiàn)的不同功能作一下描述。表1為CSL單元中邏輯功能的實(shí)現(xiàn)，表2為CSL單元中算術(shù)功能的實(shí)現(xiàn)，表3為CSL單元中存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)。
每個(gè)CSL單元包含一個(gè)D型觸發(fā)器。該觸發(fā)器按以下方式控制：
*高電平有效時(shí)鐘使能輸入；
*可翻轉(zhuǎn)邊沿觸發(fā)時(shí)鐘輸入；
*異步輸入使觸發(fā)器置位或清零。
3 TA7V系列的相關(guān)應(yīng)用
典型的由TA7V構(gòu)成的系統(tǒng)框圖如圖4所示。
靜態(tài)內(nèi)存接口單元TA7V與擴(kuò)展內(nèi)存Flash，SDRAM的無(wú)縫連接。MSSIU（內(nèi)存接口單元）標(biāo)準(zhǔn)連接含有A7V初始化程序和用戶(hù)應(yīng)用代碼的擴(kuò)展Flash內(nèi)存。MSSIU接口在與別的外部器件連接時(shí)可重復(fù)使用。
TA7V強(qiáng)大的32位精簡(jiǎn)指令處理器、高效精悍的指令集、全特性內(nèi)存擴(kuò)展、豐富的外圍設(shè)置、擴(kuò)展的聯(lián)網(wǎng)能力、高性?xún)r(jià)比低功耗，高穩(wěn)定性和強(qiáng)抗干擾特性，使得該系列芯片在協(xié)同控制工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面可以發(fā)揮強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。下面介紹TA7V在電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面的應(yīng)用。TA7V構(gòu)成的PWM脈沖輸出系統(tǒng)，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率主電路，如IPM、IGBT逆變器等，再加上一些外圍電路和目標(biāo)電機(jī)，就構(gòu)成了完整的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。
用TA7V實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)，就是利用其中的CSL的靈活設(shè)置特性，通過(guò)相關(guān)的開(kāi)發(fā)工具軟件FastChip配制成先進(jìn)的電機(jī)控制PWM功能。利用芯片中自帶的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）實(shí)現(xiàn)外部模擬量檢測(cè)，多功能定時(shí)器陣列（MFTA）實(shí)現(xiàn)時(shí)間周期檢測(cè)，產(chǎn)生循環(huán)事件，波形生成和作為正交編碼器接口（QEI）的計(jì)算部分。內(nèi)建以太網(wǎng)/CAN接口，實(shí)現(xiàn)控制聯(lián)網(wǎng)。電機(jī)控制系統(tǒng)軟件流程如圖6所示。
結(jié)語(yǔ)
TA7V CsoC外設(shè)豐富、處理能力強(qiáng)、指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，特別是集成了CSL，依靠相關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件，可實(shí)現(xiàn)典型的微控制功能。包括參數(shù)配置先進(jìn)的電機(jī)控制PWM、LCD控制、通信接口（SSI、I2C、RS-232、RS-485、HDLC）。因此A7V可廣泛用于便攜式設(shè)備，儀器儀表，低成本IP電話(huà)，LCD可視系統(tǒng)，工業(yè)聯(lián)網(wǎng)，電機(jī)控制等眾多領(lǐng)域。
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