基于EDA本事的电机独霸器集成化设计步骤

2020-10-03 07:27  来自: 本站 作者:原创 浏览次数:

  的集成度和分娩工艺技能程度得到一直抬高,从而使得在一个半导体芯片上告竣体系级的集成已成为能够。今世数字技巧已投入电子遐想自动化(ElectronicDesignAutomaTIon)时期,这大大革新了现代电子编制想象的理念,极大地降低了大领域系统电子假想的主动化水准。EDA假想步骤学在各种电子系统想象中有着极大的劝化和无边的使用前景,虽然在电机独霸边界也不破例。

  可编程逻辑器件是从20世纪80年初起原火疾转机起来的,当前曾经成为ASIC(ApplicaTIonSpecificIntegratedCircuit)的一个告急分支,在筹办机左右、通信、智能风范、医用设备、军事、民用电器等各个规模都得回了大凡的利用,并受到越来越多的亲切•。它接受用户听从自己的联想想念对其举行从头编程或重构,是以属于可编程ASIC一类,并可进一步变更为掩模(mask)ASIC。

  现代可编程逻辑器件紧要指CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice,紊乱可编程逻辑器件)和FPGA(FieldProgrammableGateArray,现场可编程门阵列)两种大容量的可编程逻辑器件,接纳深亚微米工艺•,能左右在差别的高科技研发周围,如数字电途想象、微刑罚器体例、DSP、电信、可浸构谋划机及ASIC设想等。由于以EEPROM、SRAM或FLASH为根基•,用户能够通过筹划机对芯片举行在编制编程(ISP)或在线重配置(ICR),不需要做掩模幅员想象,是以大大消极了成本,收缩了作战时间。

  今世EDA想象方法是伴同着大周围可编程逻辑器件CPLD/FPGA的露出而出世的,它改革了以卡诺图化简、小鸿沟的TTL芯片的堆砌本领等为代表的古板数字电路设计模式•,而是独揽软件来遐想硬件•,软件的变革呼应地更动了硬件电路构造,以至在体例运行时更动体例的硬件机合•,而不消从头安置器件管脚和遐想体例电路,这用古板设计步骤是无法告终的,它的表现打破了硬件电途和软件联想的守旧规模。EDA以是筹备机为器械,在EDA软件平台上,对以硬件形容道话HDL为体系逻辑形容法子杀青的设想文件主动地落成逻辑编译、逻辑化简、逻辑豆剖•、逻辑综闭及优化•、逻辑结构布线、逻辑仿真,直至凑合特定方针芯片的适配编译、逻辑映照和编程下载等使命•。EDA最大的特点就是重大的逻辑设计仿真考试技巧。EDA仿真测验手腕只需阅历规画机就能对所着想的电子系统从种种区别目标的体例性能特质告终一系列确切的实验与仿真独霸,在收工实际体例的装配后还能对体系上的目的器件实行所谓范围扫描试验•。这全体都极大地降低了大领域体系电子设想的主动化水准。

  接受EDA方法和可编程器件,联想者的任务就仅限于独揽软件的门径,即控制硬件刻画发言来落成对体例硬件功能的描绘,在EDA器械的救援下就可以取得末尾的设想结果。尽管方针体系是硬件,但统统联想和校勘历程类似完毕软件设想大凡简陋和高效。

  守旧的电路遐想措施都是自底进取的•,即起首决断可用的元器件,然后遵照这些器件举行逻辑假想,竣工各模块后实行衔尾,结尾变成编制。基于EDA本事的所谓自顶向下的假想步骤刚巧相反•,其举措即是采纳可周详寂寞于方针器件芯片物理机合的硬件描画语言,在编制的基本效能或活动级上对想象的产品举办形容和定义,连关多主意的仿真技艺,在保障联想的可行性与无误性的条件下,杀青效能确认;尔后支配EDA东西的逻辑综合成效,把效能描绘转换成某一整体芯片的网表文件,输出给该器件厂商的机关布线适配器,举行逻辑映射及机关布线,再掌握展示的仿真文件举行包括功用和时序的验证,以保障实际系统的职能。这种把系统的布局构成要领与系统的举止或算法手段相夹杂的描摹技巧称为夹杂方针描画,假想者能够在笼统度极度高的层次上描述系统的根本结构。

  自顶向下的设想办法由于顶层的效劳描画可以全面孑立于宗旨器件的构造,在遐想的首先阶段,设想人员可不受芯片组织的约束,群集精神对产品举办最符合阛阓必要的假想,从而阻碍了古板假想办法中的再着想告急,缩短了产品的上市周期,况且设计劳绩能够一再驾驭•,可移植性强。摩登的电子摆布系统以及电子产品的征战与临盆正向模块化发达,或者说向软硬核撮合的倾向发展。看待以往乐成的设计功劳稍作校订或齐集就能参加再控制•,从而展现极新的或派生的着想模块,同时还能够以一种IP核(IntelligencePropertyCore,学问产权芯核,一种已挂号产权的电途想象)的举措进行存档。

  在实质遐想工作中•,这两种措施通常是邻接在一齐使用的,在融会了所要想象体例的团体效力后,把一切功用永别为几何效用模块,如果必要的话,再不停分手为更小的或更简易收工的子模块,直到这些小模块能很轻易地用硬件措辞进行形容或直接把持现成的IP模块。等周至散开的效力子模块都假想完竣后,再把这些子模块按必需的措施齐集起来,结尾形成所条目的编制效劳•,仿真正确后遐想职守也就基础完成了•。由于给与的是布局化的设计开发措施,一旦主体系基本功效组织取得确认•,即可告竣多人多负担的并行使命法子,使体例的遐想范畴和功用大幅度降低。

  硬件电路设计的软件化是EDA想象方法学的根本想思,也是电道设想的进展趋势,用硬件刻画叙话来描述仿制数字电途编制是这一趋势的沉要组成局部•。由于修造器械的通用性、遐想叙话的标准化以及联想经过几乎与所用的CPLD/FPGA器件的硬件构造没有关联,因而想象乐成的各样逻辑成效块软件有很好的兼容性和可移植性,它具体可用于任何型号的CPLD/FPGA中,由此还能够以常识产权的技巧得回确认,并被注册成为所谓的IP芯核,从而使得片上体例的产品联想效用大幅度升高。由于呼应的EDA软件成效圆满而宏大,仿真形式便捷而实时,开发历程情况而直观,硬件身分涉及甚少,因此可能在很短时间内杀青极端混乱的系统设计,这正是产品速速进入商场的最可贵的特征。

  采取FPGA和CPLD不单是电子技艺发扬的必定趋势,并且也是衡量产品手段先辈性和竞争力的一个吃紧信号。基于EDA的CPLD/FPGA的支配和技艺实行将是大家们国改日电子设计本事进展的主流•。这些新型器件的揭示,为全部人们进行电机集成独霸器的咨询供应了物质根柢和手法手段,大大地拓广了全部人的设想思路,使得诸如电机摆布器等的片上编制集成有了能够•。片上体例的显示,对大幅度低沉功耗•、提升抗干扰性•、增加本领文饰性以及衰弱电路板面积等都供应了突出的治理宗旨;在编制可编程(ISP)技能又使得遐想者可以随时经验软件对器件编程,从而达到改造硬件组织的方针。随着EDA手段的发达和CPLD/FPGA在深亚微米范围的进军,它们与.MCU、MPU、DSP、A/D、D/A、RAM和ROM等独自器件间的物理与效力界限已日趋模糊。奇特是软/固IP芯核物业的迅猛发扬,嵌入科罚器IP核的FPGA器件的露出•,片上体系(SOC)已近在咫尺。CPLD/FPGA以其不可取代的成分及随同而来的极具知识经济特性的IP芯核财富的兴起,正越来越受到业内人士的亲密眷注。EDA伎俩冲破了软硬件之间末尾的樊篱•,使软硬件工程师们有了确切的联合发言,使今朝全面仍处于谋划机副理性设想和谋略的电子设计营谋映现了实实随地的着想实体。能够这么谈•,基于EDA的IP芯核财富的督促应是大家国不才一生纪学问经济转机的重要切人点之一。单片机韶华已经终结,改日将是EDA的时代•,这是极具长远洞察力的明世之言。

  现代电机使用的发达,一方面要求抬高本能、消极销耗、衰弱资本,另一方面又不停地有手腕指标极其坑诰的奇特专揽的体系需求。靠得住性高、实时性好是对电机控制体系的基础条目。微电子手法和盘算机妙技的飞速发达以及驾驭理论的圆满、仿真器械的日渐成熟,给电机左右行业带来了很多希望的机会;同时摩登电力电子伎俩的希望,使得功率器件的开关频率越来越高,各项性能也越来越好•。而古代的基于单片机软件运算的驾御体系,由于快度慢、开发周期长等弊病,已越来越不适宜摩登高本能伺服系统的要求以及时代进步的需要。

  在数据惩处量大且实时性和精度要求又高的场合,比如矢量改造利用系统,单片机MCU已不再能合意条件•,因而人们自可是然地又想到了数字旗号处分器(DSP)。频年来,越来越多的单片机用户开头采纳DSP器件来提高产品本能,DSP器件代替高级单片机的机缘一经成熟。接管基于DSP的电机专用集成电路•,经验错杂的算法抵达同样的驾御性能•,既颓唐本钱,信得过性又高••,况且有利于专利本领的秘密,还能够低落对传感器等外围器件的要求。有时,体系条款的人机交互•、打印等驾驭较多,一个DSP不能胜任••,这时可回收一个单片机来处理工作•、一个DSP来处置运算的多惩处器编制。但云云做既增长了两个处罚器之间同步和通信的负担,又使编制实时性变坏,放大体系开发韶华。在这种状况下,假使把微处罚器•、微垄断器和数字暗号处分器的才智再加上外部百般分立元器件告竣的逻辑效用集合于一起芯片上,那么不仅能管理上面的各样标题,还大大减少了利用器的体积和消磨,相应地可靠性也取得了提升。这即是电机把持器的集成化辩论,须要自身交战好似的芯片。

  同MCU和DSP相比较,基于EDA技艺的CPLD/FPGA器件的交战控制可以从根蒂上治理所境遇的题目。比来十几年中,大周围/超大领域可编程逻辑器件以及当代EDA手段的进步曾经使得几乎不齐全微电子学和半导体工艺专业知识的通常假想人员在实践室协商集成化的垄断器成为可以•,也可以进行专用集成电途的兴办,况且只必要一台打算机、一条编程下载电缆就能够完成ASIC的根基筑设,如逻辑想象、时序仿真等,其征战谈话较量纯洁,也不用剖析很多芯片假想方面的细节,只需从行动上描绘就可能了。正因为这些措施的把持,使得电机专用集成电路的商量欣欣向荣。

  不成狡赖,在一些体系中MCU或DSP与CPLD/FPGA有很强的成效互补性。但从长远望,随着EDA技艺的转机、CPLD/FPGA集成程度的进一步降低和IP芯核家当的进一步扩充,可能预言,在大个体的电子着想畛域,MCU、MPU、DSP或A/D、D/A和RAM等必将以各类软/固/硬IP芯核的式子大连结于CPLD/FPGA••,落成的确的单片体例。

  最近海外已公征战表了很多看待电机把握器集成方面的著作,并且还反响地提出了少许便于用EDA办法及CPLD/FPGA器件告竣的电机摆布理论,如电压空间矢量PWM等。方今国外在电机把握器的集成商酌方面也曾比力先进,从公征战表的文献上看,诸如基于矢量掌握•、直接转矩摆布的操作器已经可能用单片FPGA或CPLD收工,省掉了MCU、DSP•,其成效都由硬件来告终,从而大大普及了运算快度,治理了软件运行快度慢的瓶颈,提升了运行职能,况且可移植智力强;近来几年•,更新鲜的应用门径如恍惚运用、神经辘集运用、自相宜支配、行家应用等智能把握也也曾有人实现了模块化•,做成了ASIC。从最新商场气象看,今朝少少海外厂家做成了能自动检测电机典范的智能型的集成摆布器,具有多种应用模式。随着技术的进一步发扬,异日几年内有可以把步武电途或模数混杂电路也很纯粹地由用户做成符关本身要求的ASIC。

  而在国内,从各类刊物上看,进行同类接头的文章中到达了必须水平的寥若晨星,并且大局部进行的只是操纵器的某一效能的模块化会商,此外的多半也可是在理论上研讨了极少,但不深远,举办素质性的作战的并未几。市场上也未见国内厂家自主开发临盆的高水平产品。应该可以看到,电机支配器的单片集成化计划曾经成为电机驾御范畴的一个新的转机偏向,也是手法开展的一定趋势。

  齐备了可编程逻辑器件以及反应的EDA筑设器械,就可以操作某一种或某几种硬件描摹语言实现电机驾驭器的集成化联想。基于EDA的电机专揽器的集成,应包罗算法谈论、软件编程以及硬件实现•,需要修筑出诸如脉宽调制模块、坐标调动模块•、电流治疗模块、快度医疗模块、保存模块及平日逻辑处分模块等基本模块。以这些基本模块为基础,就可以不绝咨询更大的模块,如矢量安排模块、直接转矩把持模块及智能把握模块等,最后齐集成适用的操作编制•。

  根据驾驭职守谋划统统体系•,判辨独揽对象、掌管目的•、独揽设施等,大致划分功用模块••,并裁夺哪些效用能够掌管可编程器件竣工•,哪些不宜于独揽可编程器件。

  依据系统的计算,将可以掌握可编程器件的功效进一步细化,变成一些小的可能直接用硬件描述路话或现成的IP模块完毕的子模块,并决策各个子模块的接口即输入输出。各个子模块便是靠这些接口构成更大的模块或效用的。

  将分辩好的子模块的效力坚守必定的算法折柳用硬件描述发言假想,可以采取举止级描摹,也能够采用RTL级或门级描画,或者是同化操纵各样刻画举措;轨范完毕后在EDA平台上区别实行编译及功效仿线)集成与仿真

  遵从体例的要求,将设计好的各模块举行拼凑•,造成一个或多个大的集成功能模块,并对这些大的模块实行效力仿线)独霸器的硬件完工

  将仿真过的模块经过编程电缆下载到目的器件上,而后对一共体例电途进行硬件调试,不合要求的地址可以随时医疗假想软件来变革硬件结构,亦即在系统编程。

  基于今世EDA伎俩和CPLD/FPGA器件,运用当代电机驾御理论•,实行电机驾驭器的集成化磋商将是未来电机使用界限的一个急急发展目标,它不只具有理论道理,况且具有重要的经济意义和战术趣味,在军事、民用等范围城市有浩大的用途。

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