基于FPGA的嵌入式同步控制系统的设计

论文摘要

随着半导体工艺技术的飞速发展,基于FPGA的嵌入式系统设计成为可能。嵌入式系统是近年来发展起来的以应用为中心并且软硬件可裁剪的实时系统,其特点是高度自动化,响应速度快等,非常适合于要求实时的和多任务的场合。同步控制系统作为电磁推进装置中重要的设备之一,起着精确控制的作用,其同步性能和可靠性对推进装置的运行效果将产生深远的影响。本文在研究电磁推进技术的基础上,结合目前新兴的EDA技术和大规模可编程技术,提出了基于FPGA的嵌入式同步控制系统设计方法。文中对电磁推进技术的特点和国内外发展现状进行了阐述,分析了感应型线圈推进的原理,对不同的同步控制方案进行了对比研究,提出了一种改进的简化方案。给出了系统软硬件的功能划分,整个系统划分为硬实时部分和NiosⅡ系统部分,把同步控制单元划分到硬实时部分,而NiosⅡ负责通讯、人机交互等实时性相对较低的任务。对硬实时部分即可编程逻辑区,采用自顶向下的设计思想,给出了主要模块的设计和仿真结果。对NiosⅡ部分,使用SOPC Builder进行了系统的搭建和生成。然后进行了相关接口的设计,使硬实时部分与NiosⅡ系统成为一个整体,从而完成了整个系统的构建。在论文的最后对系统的同步控制和速度测量功能进行了实验验证,并介绍了相关的可靠性设计措施。理论分析和实验研究表明,本文所设计的同步控制系统具有良好的实用性和可扩展性,对提高电磁推进装置的性能具有较强的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 同步控制简介
• 1.2 研究背景及国内外现状
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 国内外现状
• 1.3 论文的组织
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 章节安排
• 第2章 FPGA的特点及发展趋势
• 2.1 FPGA概述
• 2.2 FPGA结构特点
• 2.3 FPGA发展趋势
• 第3章 同步控制方案选择及整体设计
• 3.1 同步控制方案选择
• 3.1.1 原理综述
• 3.1.2 主要影响因素分析
• 3.1.3 方案的分析与选择
• 3.2 设计思想
• 3.2.1 软硬件协同设计策略
• 3.2.2 软硬件划分概念
• 3.3 整体设计方案概述
• 3.3.1 系统的整体设计
• 3.3.2 数字系统设计方法
• 3.3.3 面向FPGA的开发流程
• 第4章 系统设计
• 4.1 硬实时部分各模块设计
• 4.1.1 控制模块
• 4.1.2 速度测量模块
• 4.1.3 速度显示模块
• 4.2 硬实时部分与AVALON总线的接口设计
• 4.2.1 AVALON总线简介
• 4.2.2 接口设计
• 4.3 Nios Ⅱ系统设计
• 4.3.1 Nios Ⅱ软核处理器简介
• 4.3.2 Nios Ⅱ系统生成
• 第5章 实验结果与可靠性设计
• 5.1 实验结果
• 5.2 可靠性设计
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文