一种基于SoC‑FPGA的多芯片控制器以及大功率变流控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于SoC‑FPGA的多芯片控制器，包括FPGA模块和HPS模块，所述的FPGA模块包括多口RAM单元以及多个扩展芯片管理单元，所述的扩展芯片管理单元上连接有扩展芯片单元，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上连接有AXI总线，所述的多口RAM单元通过桥接器连接至AXI总线；还公开了一种采用上述多芯片控制器的大功率变流控制装置，包括电路底板以及布置在电路底板上的主控板和多块扩展板，还包括为各个板卡提供工作电源的电源板，所述的FPGA模块、HPS模块和运算单元设置在主控板上，扩展芯片单元分别设置在扩展板上；只要将外部芯片连接至本控制器即可实现各芯片的相互访问，实现了单元间的高效互联和资源的统一管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业控制领域，具体涉及一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器，以及大功率变流控制装置。
技术介绍
随着工业控制领域的发展，其应用越来越广泛，控制系统也越来越复杂，对控制精度、响应速度等的要求也在逐步的提高。对控制器的要求主要表现为需要更多的数据采集通道、更高的采样精度、更快的运算速度、更丰富的通信接口等。这些需求往往需要通过多个芯片才能得到满足，当出现多芯片互联时如何建立高效的数据通道，并进行功能分配是影响控制器性能的重要因素。如目前的电机控制领域中的DSP+FPGA+ARM结构，均采用一主多从的控制结构，要实现芯片互联非常复杂且会占用大量的引脚资源。若通过中间芯片传递数据一方面会增大数据传输压力，另一方面也会增加设计难度。
技术实现思路
为了解决复杂控制系统中多芯片间高效互联的问题，本专利技术的目的之一是提出一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器，包括FPGA模块和HPS模块，所述的FPGA模块包括多口RAM单元以及与多口RAM单元连接的多个扩展芯片管理单元，多口RAM单元将不同扩展芯片单元的信息映射至不同的地址中，所述的扩展芯片管理单元上连接有扩展芯片单元，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上连接有AXI总线；所述的多口RAM单元通过桥接器连接至AXI总线。所述的一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器，其HPS模块还包括以地址形式映射至AXI总线上的片外存储器、片外RAM和通信接口。所述的一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器，其扩展芯片单元通过数据+地址总线、SPI总线或I2C总线与FPGA模块进行通信。本专利技术的目的之二是提出一种采用上述多芯片控制器的大功率变流控制装置，包括电路底板以及布置在电路底板上的主控板和多块扩展板，还包括为各个板卡提供工作电源的电源板，所述的FPGA模块、HPS模块和运算单元设置在主控板上，所述的扩展芯片单元分别设置在多个多块扩展板上。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术在SoC-FPGA上设计了一个支持多主多从的多口RAM单元，配合AXI总线建立了一个高效的片上互联系统，其它芯片只需接入FPGA侧就能实现互访，不需要中间转接环节，优化了系统结构，提高了数据传输效率。同时高效利用了SoC-FPGA单元丰富的外部资源和系统管理能力。多口RAM单元通过桥接器与AXI总线对接，又使得扩展芯片单元可以使用SoC-FPGA单元丰富的资源，优化系统的资源利用率。最终各种功能单元以统一的地址和数据的格式实现互联，其互访只需对相应地址的存储单元读写即可。附图说明图1是本专利技术的结构框图；图2是本专利技术的系统控制指令与数据流通关系图；图3是本专利技术系统功能单元连接关系图；图4是一种基于背板扩展的大功率变流控制系统示意图。具体实施方式为了更加清楚的阐述本专利技术方案，下面结合附图和实例对
技术实现思路
进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体是实施例仅用于解释本专利技术，保护范围并不局限于所述实例。实施例1参照图1所示，本专利技术公开了一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器，其内部主要包括FPGA模块和HPS（HardwareProcessorSystem）模块两部分。所述的FPGA模块包括多口RAM单元以及与多口RAM单元连接的多个扩展芯片管理单元，多口RAM单元将不同扩展芯片单元的信息映射至不同的地址中，并设置响应的读写权限，所述的扩展芯片管理单元上连接有扩展芯片单元，扩展管理单元为扩展芯片单元在FPGA中的逻辑映射，其负责芯片的部分控制功能并将芯片的相关信息以数据字段和控制字段的形式同步映射至多口RAM单元的不同地址中，所有扩展芯片单元的数据都通过扩展芯片管理单元汇总到RAM单元中；能够响应操作指令并将扩展芯片单元的数据和指令以统一地址的形式映射至多口RAM单元中。所述的HPS模块包含丰富的硬件资源，包括ARM、RAM控制器、存储控制器以及驱动程序接口，所述的ARM上连接有AXI（AdvancedeXtedsibleInterface）总线。所述的多口RAM单元通过桥接器连接至AXI总线，桥接器实现了地址及数据信息转换完成AXI总线与多口RAM单元间的通信匹配，各个扩展芯片的互访通过多口RAM单元即可直接实现，并且SoC-FPGA侧的资源也可与各个扩展芯片单元共享。这样不但实现了各个扩展芯片间的高效互访，还充分利用了SoC-FPGA单元丰富的存储、通信资源和系统管理能力，从而提高控制器的性能。进一步，所述的HPS模块还包括以地址形式映射至AXI总线上的片外存储器、片外RAM和通信接口（如以太网、USB、RS485等）。ARM以及扩展芯片单元只需对相应地址操作即可实现对上述单元的控制，在使用中需要相应的驱动与各部分功能相对应。更进一步，所述的扩展芯片单元通过数据+地址总线、SPI总线或I2C总线与FPGA模块进行通信；扩展芯片单元支持多种与SoC-FPGA进行通信的形式，应用灵活方便。扩展芯片单元包括特定芯片以及与其配合的外围电路，在使用时将其数据通路与FPGA侧的相应引脚相连，支持数据+地址、SPI、I2C等多种数据传输方式，芯片只需对数据通路进行读写操作便能实现外部数据的获取和操作指令下传，芯片的部分控制功能可根据需要可FPGA侧实现（如硬件复位等）。本专利技术中通过在ARM中运行嵌入式Linux系统来实现各种外设功能的驱动。AXI总线为一个高效的片上系统互联总线协议，其支持多主多从的工作机制，为多芯片间的高效互联提供了有力的硬件支持。如图2所示，外部状态通过扩展单元进入SoC-FPGA单元，运算单元通过SoC-FPGA单元获得这些数据并进行运算，然后将控制动作指令经SoC-FPGA单元后下传至扩展单元，由扩展单元完成控制输出；SoC-FPGA单元还同时接收上位命令，并将运行状态数据上传至上位用于监控和显示。实施例2如图3所示，基于本专利技术所开发的大功率变流控制器，在实施例1的基础上，所述的扩展芯片单元为一个具有FPGA或CPLD内核的扩展单元；所述的扩展单元上连接有中断信号接收模块、EPCS、隔离放大模块（用于DA输出）、AD转换模块（作为模拟输入接口）、调理模块（作为数字输入输出接口）、PWM输出模块、高速通信口、转换芯片（用于转换温度信号）、电源接口以及其它功能扩展模块；所述的HPS模块上连接有运算单元，所述的运算单元上连接有NOR闪存、SRAM和调试接口；所述的FPGA模块和HPS模块还依次连接有EPCS、QSPI、eMMC、RTC、DDR3、LED、USB接口、以太网接口、CAN、485、232以及其他辅助功能接口。系统功能划分中，HPS模块负责上位通信、系统管理以及建立运算单元、SoC-FPGA单元和扩展单元三者的互联通道：运算单元负责系统的算法实现；扩展单元负责接口与外设扩展。运算单元要求有足够的运算速度，目前多选用DSP芯片来完成这一功能，DSP的厂家与型号根据实际情况再进行选择；本实例中SoC-FPGA芯片选用Altera的C5-SoC系列。扩展单元的实现采用FPGA芯片实现。实施例3如图4所示，基于底板扩展的大功率变流控制装置，包括电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SoC‑FPGA的多芯片控制器，包括FPGA模块和HPS模块，其特征在于：所述的FPGA模块包括多口RAM单元以及与多口RAM单元连接的多个扩展芯片管理单元，多口RAM单元将不同扩展芯片单元的信息映射至不同的地址中，所述的扩展芯片管理单元上连接有扩展芯片单元，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上连接有AXI总线；所述的多口RAM单元通过桥接器连接至AXI总线。

【技术特征摘要】
1.一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器，包括FPGA模块和HPS模块，其特征在于：所述的FPGA模块包括多口RAM单元以及与多口RAM单元连接的多个扩展芯片管理单元，多口RAM单元将不同扩展芯片单元的信息映射至不同的地址中，所述的扩展芯片管理单元上连接有扩展芯片单元，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上连接有AXI总线；所述的多口RAM单元通过桥接器连接至AXI总线。2.根据权利要求1所述的一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器，其特征在于，所述的HPS模块还包括以地址形式映射至AXI总线上的片外存储器、片外RAM和通信接口。3.根据权利要求1所述的一种基于SoC-FPGA的多芯片控制器，其特征在于，所述的扩展芯片单元通过数据+地址总线、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明勇，赵晓宇，彭溪，张颖辉，李瑞昌，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42