工業(yè)控制中往往需要完成多通道故障檢測(cè)及多通道命令控制（這種多任務(wù)設(shè)置非常普遍），單獨(dú)的cpu芯片由于其外部控制接口數(shù)量有限而難以直接完成多路檢控任務(wù)，故利用arm芯片與fpga相結(jié)合來(lái)擴(kuò)展檢控通道是一個(gè)非常好的選擇。這里介紹用atmel公司arm7處理器（at91fr40162）和altera公司的低成本fpga芯片（cyclone2）結(jié)合使用完成多通道檢控任務(wù)的一種實(shí)現(xiàn)方法。

各部分功能簡(jiǎn)介

　　圖1為此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接框圖。如圖所示，arm芯片與fpga芯片之間通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線及讀寫(xiě)控制線相連，而與終端pc則通過(guò)串口通信；fpga與目標(biāo)設(shè)備通過(guò)命令控制總線和故障檢測(cè)總線相連。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1 故障檢測(cè)和命令控制部分

　　故障檢測(cè)：檢測(cè)通道的故障（正常）信號(hào)以高（低）電平方式指示，其一旦有故障產(chǎn)生就會(huì)保持高電平不變直到故障排除。針對(duì)這種特征，在arm控制器端采用定時(shí)中斷循環(huán)查詢方式來(lái)判斷故障通道的狀態(tài)。定時(shí)中斷程序通過(guò)對(duì)arm 地址總線在fpga中進(jìn)行譯碼而順序鎖定被檢測(cè)通道的電平值，然后再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳回arm進(jìn)行判斷，最后將判斷結(jié)果送至遠(yuǎn)程終端。采用主機(jī)查詢方式而不采用故障中斷方式出于兩個(gè)原因：一方面是通常控制芯片外部中斷源有限（多數(shù)為4個(gè)外部中斷源），對(duì)于多目標(biāo)中斷信號(hào)檢測(cè)顯然是困難的；另一方面，由于檢測(cè)通道或設(shè)備受到短時(shí)干擾而產(chǎn)生電平隨機(jī)反轉(zhuǎn)，造成故障中斷觸發(fā)，而中斷觸發(fā)后又無(wú)法在通道電平恢復(fù)正常時(shí)撤銷故障信號(hào)，故而形成虛假報(bào)警。

　　命令控制：arm芯片先判斷主控端發(fā)來(lái)的控制命令，然后通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線將命令狀態(tài)發(fā)送至經(jīng)fpga地址譯碼鎖定的控制通道上。

2 arm芯片與遠(yuǎn)程檢測(cè)控制終端通信　　

　　由于只存在命令和故障狀態(tài)信號(hào)的收發(fā)，所以利用arm的串口實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程pc的通信，通信標(biāo)準(zhǔn)選為rs232標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，在arm芯片上要先將ttl電平通過(guò)max232芯片轉(zhuǎn)換為rs232電平標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于距離超過(guò)15m的全雙工通信，在發(fā)送接收兩端還要各加一對(duì)rs232轉(zhuǎn)rs422電平的轉(zhuǎn)換模塊，以增加通信距離。

3 fpga內(nèi)部功能模塊說(shuō)明

　　fpga內(nèi)部檢測(cè)及控制電路結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2所示。

圖2 fpga內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

　　arm芯片的addr2～0位地址線和片選使能信號(hào)一同進(jìn)入譯碼器decode1進(jìn)行地址譯碼后產(chǎn)生8路輸出（fpga內(nèi)部可設(shè)置一個(gè)最大輸出為256路的譯碼模塊，所以在實(shí)際應(yīng)用中可擴(kuò)展為更多通道），低4路用于命令發(fā)送通道，高4路用于故障檢測(cè)通道，讀寫(xiě)使能信號(hào)控制數(shù)據(jù)總線。

　　arm芯片接收到發(fā)送信號(hào)編碼命令時(shí)，立即在串口接收中斷服務(wù)子程序中并送相應(yīng)地址（通道編號(hào)）和數(shù)據(jù)（命令狀態(tài)）到fpga中。譯碼器有效輸出作為相應(yīng)通道d觸發(fā)器的鎖存時(shí)鐘，而數(shù)據(jù)狀態(tài)則被觸發(fā)器鎖定后作為所選通道的輸出完成相應(yīng)控制。

　　arm芯片在定時(shí)中斷產(chǎn)生進(jìn)入服務(wù)程序后對(duì)所有檢測(cè)通道輪流查詢，查詢到有通道故障時(shí)，故障信號(hào)結(jié)合選中通路信號(hào)經(jīng)與非運(yùn)算送往數(shù)據(jù)端口被讀取。

fpga程序設(shè)計(jì)注意問(wèn)題

1延時(shí)的配置

　　通過(guò)地址總線和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行命令傳輸和故障檢測(cè)時(shí)，fpga是作為arm芯片的普通外設(shè)來(lái)使用的。而arm芯片對(duì)外設(shè)訪問(wèn)的速度要遠(yuǎn)低于片內(nèi)存儲(chǔ)器，所以要在arm中設(shè)置訪問(wèn)的正確等待周期。arm中提供的延時(shí)周期為0～7個(gè)，通過(guò)調(diào)試即可找到外設(shè)合適的等待周期，此系統(tǒng)的等待周期根據(jù)實(shí)際測(cè)試設(shè)置為5個(gè)，具體的配置方法見(jiàn)arm程序說(shuō)明。

2 讀寫(xiě)使能信號(hào)的連接

　　從圖2中可以看出，寫(xiě)使能信號(hào)nwe及讀使能信號(hào)nrd應(yīng)作為數(shù)據(jù)線（data0～5）的三態(tài)控制信號(hào)連接，即使在arm芯片無(wú)其他外設(shè)時(shí)也不能缺省。因?yàn)閍rm的上電加載程序時(shí)間要長(zhǎng)于同一系統(tǒng)上fpga的程序配置時(shí)間，而fpga的檢測(cè)及控制通道與arm芯片的數(shù)據(jù)總線相連，fpga加載完成后數(shù)據(jù)總線會(huì)存有相應(yīng)通道的邏輯電平值（不為三態(tài)），這就會(huì)導(dǎo)致arm芯片在對(duì)片內(nèi)flash芯片燒寫(xiě)程序或上電加載程序時(shí)與fpga沖突（數(shù)據(jù)被邏輯鎖定），造成無(wú)法正確定位操作對(duì)象而使讀寫(xiě)失敗。

arm配置及應(yīng)用程序說(shuō)明

1 處理器的資源分配

存儲(chǔ)器

　　at91fr40162內(nèi)嵌一個(gè)256kb的sram，1024k個(gè)16位字組成的flash存儲(chǔ)器。sram通過(guò)內(nèi)部32位數(shù)據(jù)總線與arm核相連，單周期訪問(wèn)，flash存儲(chǔ)器則通過(guò)外部總線訪問(wèn)。

系統(tǒng)外圍

　　ebi：外部總線控制接口，ebi可尋址64mb的空間，通過(guò)8個(gè)片選線（ncs0～ncs3獨(dú)立）和24位地址線訪問(wèn)外設(shè)，地址線高4位與片選線（ncs4～7）復(fù)用，數(shù)據(jù)總線可配置成8/16位兩種模式與外設(shè)接口。

　　pio：并口控制器，pio控制32根i/o線，多數(shù)為復(fù)用引腳，可通過(guò)編程選擇為通用或?qū)?