ARM設計的FPGA可重構配置方法的實現及應用

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3 可重構配置應用

結合上述可重構配置分析，我們利用了FPGA可重構特性，實現模塊化機器人控制器的設計．模塊化機器人結構復雜，控制電機數量多，而且針對不同構形控制策略也有差別，如四自由度串聯式機器手構形和全向移動小車構形(圖4所示)從控制策略到控制電機數量都有很大的不同，這就要求控制器可以根據不同構形動態的改變控制策略，也即控制器的可重構．為此，在模塊化機器人可重構控制模塊結構設計中，提出基于ARM和FPGA的動態可重構的模塊化機器人控制系統方案，充分利用嵌入式ARM核微處理器高性能、低功耗、資源豐富等方面的性能和FPGA內部邏輯可重構的特性，由主處理器根據機器人當前構形選擇不同的控制策略并對FPGA內部邏輯進行動態重配，以適應不同構形及應用的需要．結構設計框圖如圖5所示。

ARM模塊選用s3c241Ox運行 C／OS—II實時操作系統，負責運行控制軟件，完成模塊化機器人運動規劃，實時監控系統運行狀態，實現人機交互功能及對FPGA內部邏輯實時重構．FPGA內部運行軟核處理器，負責與模塊化機器人運動控制相關的任務，如舵機控制、直流電機控制、系統IO控制、傳感器數據采集等任務．

對FPGA配置采用上述基于ARM的PS配置方法，平臺充分利用了FPcA內部邏輯可重構的特性，可組成多種不同構形，不同構形具有不同的物理結構和控制方式，以滿足不同任務需求．其重構方法采用：

(1)根據具體構形規劃系統硬件資源種類，如構形需要的直流電機數量、舵機數量、系統I／，O數量以及各種傳感器的數目．

(2)根據硬件資源種類修改FPcA內部邏輯，實現硬件層次的“重構”．

(3)根據FPGA邏輯的變化，進行軟件的開發，實現軟件層次的“重構”．

(4)將FPGA配置文件下載到ARM的存儲器中，系統上電后，ARM結合需求通過讀取相應存儲區的配

置文件對FPGA進行配置，實現控制系統的動態重構．

經過實驗驗證，利用ARM的實時處理功能，對FPGA內部邏輯進行動態重配，所設計的控制平臺可以滿足可重構配置的性能要求．

4 結語

文中給出了基于ARM的FPGA的Ps加載配置方案，該方法電路結構簡單、易于實現，充分利用ARM處理器功能強、速度快、應用廣的特點，在系統中可預先包含多個不同功能的配置文件，根據現場的需要進行相應的配置，實現在線更新FPGA功能，既節省了開發成本，又滿足了一些特殊的系統設計要求，也充分顯示出FPGA現場升級、靈活運用的設計理念，方案的提出，對嵌人式數字系統設計具有相當的借鑒意義．