以Flash 为基础的混合信号FPGA (如Actel Fusion PSC) 能在单芯片上实现前所未有的集成度。因此,这类器件可替代多个分立元件,能使成本和占用板卡空间减少最少50%,同时又能维持系统的可靠性(图2)。而且,混合信号器件上集成的Flash 内存可以让设计人员存储设计文档,不象那些以SRAM为基础的FPGA需要另外配置PROM。此外,与其他可重编程FPGA解决方案一样,可配置和灵活的混合信号FPGA器件可以在开发过程中甚至应用之后,轻易进行设计变更。
众所周知,FPGA能通过并行处理加快数学运算,使它成为实现电机控制逻辑的理想选择。FPGA能执行更严格的控制环,因此提供更佳的控制和更少的波动和噪声。设计人员还能在集成了Flash 内存的混合信号FPGA中集成软处理器核,从片上存储器直接运行,从而紧密地配合控制逻辑和中断驱动程序的需要。由于设计中的逻辑门数量和类型及控制逻辑的功能因应用而有所不同,即基于性能要求而定;因此,可编程逻辑往往最适合于实现各种用户接口和数字控制逻辑,包括网络和外设接口、脉冲宽度调制(PWM),以及正交编码器接口和传感器输入;这对当今的运动控制系统都非常重要。
网络和外设接口
在运动控制系统中,网络和外设接口可让用户发出指令对逻辑电路进行初始化、配置和控制,并且远程管理控制系统。根据功能和拓扑结构的不同,每个运动控制系统的网络和外设接口都可能会采取独特的实现方式,但有一点共同的是,都会利用接口来提高系统的可访问性。
目前已经有各种各样的工业标准接口,如用于本地访问的通用串行总线(USB)、基于RS232的串口和控制器局域网(CAN) 接口,以及基于TCP/IP网络协议的10/100以太网。在苛刻的环境下,如汽车制造车间,可能还需要无线网络接口。这种接口可在制造车间内实现系统同步、数据共享、状态监视和故障报警。此外,基于TCP/IP的网络接口则用于延长由任何距离远程访问中央制造控制设施的能力。
图2:Actel Fusion PSC能在单芯片上为运动控制系统实现前所未有的功能集成,将可配置模拟、大容量 Flash 内存模块、周全的时钟生成和管理电路,以及高性能的可编程逻辑全部集成在单芯片中。这个架构体系可与Actel的ARM或 8051软核和其它针对具体应用开发的IP核 (如脉冲宽度调制器) 同用。
在许多情况下,工业自动化应用都需要特殊的控制算法和装置来完成特殊的任务。为实现这些标准接口无法提供的功能,需要考虑采用专门的接口。为了充分发挥某个分布控制系统的潜力,标准接口或专门的网络协议都必须加到板卡级中,或嵌入到可编程逻辑内。而FPGA是将所有接口集成在一起的最佳平台。特别是,当今的混合信号FPGA器件具有模拟前端,能支持种类众多的用户输入,以及实现运动控制所需的电压、电流和温度监视功能。