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基于FPGA和PCI的高精度测速板卡的设计与实现

基于FPGA和PCI的高精度测速板卡的设计与实现

点击数:7819 次   录入时间:03-04 11:50:11   整理:http://www.55dianzi.com   DSP/FPGA技术
    从设备控制器包括2个部分:奇偶校验模块和PCI从设备状态机。
2.3.1 奇偶校验模块
    PCI的奇偶校验提供了一种机制来决定一件作业。该作业判断主设备是否成功地寻址相应的从设备,且数据是否正确地在它们之间传输。通过该模块完成数据传输过程中PCI_AD和PCI_CBE的偶校验。偶校验的输出信号在地址和数据周期有效,其产生的规则是使偶校验输出、PCI_ CBE、PCI_AD各位的‘1’的个数为偶数。那么采用把PCI_AD与PCI_CBE各位异或的方法,就可以实现偶校验的功能。
2.3.2 PCI从设备状态机
    PCI从设备控制器是PCI接口设计的核心模块,按功能来说,它要产生奇偶校验和数据的使能信号,并根据PCI_AD和PCI_CBE产生读地址,完成主从设备的握手信号,并且实现从设备状态机在各个状态之间的转换。
    由于本设计只需要完成I/0读操作,本状态机设计配置空间的功能放在了从设备控制器来完成,同时删去了PCI操作中对存储器空间、配置空间的操作,结合PCI总线的传输时序,如图5给出了其基本结构。

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    (1)空闲状态为PCI从设备的初始状态,在没有任何操作的时候,PCI从设备将始终保持这个状态;
    (2)每次数据传输时首先传出地址和命令字,根据地址和命令字确定是不是对本设备的访问,并确定访问的首地址;从设备则从命令字中识别该访问是读操作还是写操作;
    (3)读访问只有在信号IRDY,TRDY,DEVSEL都为低状态时才能进行;
    (4)猝发传输需要通过地址递增逻辑来实现地址的自动递加;其地址递增的周期为数据周期和最后传输周期总和,在等待周期暂停递增;
    (5)主从设备中任一方没有准备好,操作中都需要能够引起等待状态插入的活动;
    (6)读操作还有一个中间准备过程。
    那么完成本状态机需要6个状态:idle表示空闲状态;addr表示地址周期;turnad表示读转换周期;data表示数据传输周期;lasttra表示最后传输周期;wait表示等待周期;在各个状态到来时还要对中间信号、输出信号和本地信号执行相应的操作:
    (1)idle,addr,turnad周期对PCI_TFRDYn和PCIDEVSELn置高电平;addr周期依据地址信号确定是否选中本机,识别是否为读操作;addr周期输出PCI_AD[3:2]对寄存器进行寻址,实现读操作。
    (2)data,lasttra周期对PCI_TRDYn和PCI_DEVSELn置低电平;data,lasttra周期置DATA_EN有效并输出。
    (3)addr,data,lasttra周期置奇偶校验有效。
    (4)等待周期置PCI_TRDYn和PCI_DEVSELn低电平。
    根据对PCI总线传输时序的分析,影响各个状态相互转化的因素是:帧同步信号PCI_FRAMEn、主设备准备好信号PCI_IRDYn、读识别信号READn。其中,READn用来标识状态addr产生的中间识别信号。

3 测试平台与仿真测试
    这种改进M/T数字测速及位置检测算法的硬件采用Xilinx公司的FPGA XC3S400。使用36 000刻的增量式码盘,速度环采样周期T设定为1 ms,高频时标信号的频率为40 MHz,结合PC运算的数字测速算法可以在速度O.001~150(°)/s的范围内获得±2.5×10-5 s的测速精度。与此同时,高精度动态位置检测算法可以使位置反馈的动态测量分辨率提高到10-2~10-6个脉冲当量。
    对编写好的VHDL程序采用ISE进行综合,并编写测试平台,用ModelSim对其进行仿真测试。图6为PCI控制器的仿真图,图中state表示状态机在内部转换的过程,状态1表示空闲状态,状态2表示地址周期,状态4表示读转换周期,状态8表示最后传输周期,状态9表示猝发读写周期。

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    该I/O读操作,将地址为1的寄存器读出。这里设定I/O地址为0X200~0X20F这4个双字空间,那么在地址周期中地址0X204的2~3位寻址于寄存器的第一个双字,其后紧跟的是读的转换周期,猝发读写周期和最后一位读写周期。可以看出,这两个周期都对这个寄存器进行了读操作。

4 结语
    本文介绍了使用FPGA设计和实现基于PCI总线传输的改进型M/T法测速电路,它克服了经典测速方法的几个缺点,在较大速度范围内都具有良好的精度。同时使用FPGA设计和实现了PCI从设备控制器,使得测速电路的设计与PCI总线的设计成为一个整体,节省了板上器件,也使得整个设计信号在FPGA内部流动,具有更加良好的抗干扰能力和稳定性。
 



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