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74106-443-53驅動板渠道商介紹：伺服驅動器是用來控制伺服電機的一種控制器，一般是通過位置、速度和力矩三種方式對電機進行控制，實現高精度的系統定位。

目前，伺服控制器CPU的架構主要有：

1、單CPU架構ARM（AcornRISCMachine）控制器；2、單CPU架構DSP（DigitalSignalProcess）控制器；3、ARM+FPGA+DSP架構的多CPU控制器。

方法3是目前**進的架構，前兩種方法都有局限性。方法1和方法2這種單CPU架構的控制器，一個CPU集算法、采集控制、通訊、顯示功能于一體，當算法復雜度和實時性要求高時往往會顧此失彼。而方法3的架構中各個CPU的分工明確，ARM負責通信和顯示功能，DSP負責算法運算，FPGA負責采集和控制。方法3的技術瓶頸是滿足伺服控制器的實時性要求需要幾個CPU之間的高速數據通信，因此，如果能夠找到一個高速的通信方式完全可以發(fā)揮各個CPU的特性，就像一個多核CPU在工作一樣。

本研究基于ARM+FPGA+DSP架構，采用并口通信的方法用于幾個CPU之間的內部高速通信；此外伺服驅動器作為伺服系統的一部分還需要和主控器和編碼器進行高速通信，來滿足整個伺服系統的實時性要求，本架構采用EtherCAT和高速485接口用于控制器和其他設備進行高速通信，描述了系統的原理架構和軟件設計架構。

2.1 此架構的控制器中ARM負責通信和顯示功能，DSP負責算法運算，FPGA負責采集和控制，如圖1所示。FPGA采集相電壓、相電流等物理量通過并口傳給DSP；ARM通過EtherCAT接收主控制器命令，通過高速485采集碼盤的速度和位置等信息，通過并口傳給FPGA中轉下再傳到DSP；DSP中執(zhí)行伺服控制的算法，利用FPGA和ARM中采集的數據進行計算，把計算結果再通過并口傳給FPGA和ARM，由FPGA和ARM進行相關的控制操作。

2.2 此架構控制器中幾個CPU之間的雙口RAM通信：用雙口RAM中各位數據都是并行傳送的，它通常是以字節(jié)（8位）的整數倍為單位進行數據傳輸，能完成數據的輸入和輸出。用雙口RAM通信的原理如2所示。用雙口RAM通信具有各數據位同時傳輸，傳輸速度快、效率高的特點，多用在實時、快速的場合。

2.3 此架構控制器的對外接口有EtherCAT和高速485。碼盤的接口一般采用485接口，所以本控制器也采用485的接口，用DMA來實現；伺服控制器與主控制之間的接口有EtherCAT和PROFINET等協議，本控制器采用應用比較廣的EtherCAT接口。實時以太網EtherCAT是由倍福開發(fā)的一種工業(yè)以太網技術。它以高速率、高**數據利用率、完全符合以太網標準、刷新周期短、同步性能好等優(yōu)勢，在伺服通訊領域中得到越來越多的應用。

3.1控制器ARM的設計

主控制器ARM通過STM32F407芯片完成上節(jié)介紹的與FPGA的并口通信、EtherCAT通信、485通信。STM32F407屬于高端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導體（ST）公司出品，其內核是Cortex-M4。本次設計充分利用其資源，實現了并口通信、therCAT通信、485通信。

并口通信：STM32F407具有FSMC功能，靈活的靜態(tài)存儲器控制器（FSMC）是內置大容量的外部存儲器控制器，使用這個控制器，STM32可以與FPGA或者存儲器進行并口通信。FSMC產生所有驅動這些存儲器（把FPGA當做存儲器來操作）的信號時序：16個數據線和16個地址線。

EtherCAT通信和485通信：EtherCAT通信通過芯片ET1100來實現，ET1100是一款強大的EtherCAT從站控制器ESC專用芯片，ET1100與ARM的接口采用SPI的方式；485通信速度為2.5Mbps，采用DMA的方式來實現，DMA的具體實現方法在下章軟件設計中詳述。

FPGA采用Altera的Cyclone?IV系列FPGA，具有低成本、低功耗的特點，高達532個用戶I/O，支持高達200MHz的DDR2SDRAM接口；DSP采用TMS320C28346，通過XINTF連接FPGA，實現雙向并口通信。DSP的輸入和輸出采用中斷控制，當FPGA準備好數據后，向DSP發(fā)送中斷，DSP響應中斷后讀取相應地址的數據并向另外一段地址寫入數據，FPGA等待60μs開始讀數據。這樣就能夠完成兩個芯片的并行通信。TMS320C28346型DSP芯片有16位XINTF數據總線，做為系統外部接口，它可以與各種外部存儲器或者CPU實現無縫連接，如圖5所示。在此系統中，將它與FPGA的16個用戶可定義I/O管腳相連，用于實現16位并行數據的通信。TMS320C28346芯片可編程通用輸入/輸出引腳，任選一個和FPGA的用戶I/O管腳相連，作為DSP的讀寫中斷。



資訊來源：汕頭羅克自動化