基于GD32H759的嵌入式運動(dòng)控制系統解決方案

系統簡(jiǎn)介

近年來(lái)，由于社會(huì )高速發(fā)展，對運動(dòng)控制系統的要求越來(lái)越高。傳統的基于PC及低端微控制器逐漸滿(mǎn)足不了現代制造的工藝要求。隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的日臻完善，嵌入式運動(dòng)控制器已經(jīng)開(kāi)始在工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)上占據主導?；贏(yíng)RM技術(shù)的微處理器具有體積小、低成本、低功耗的特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化運動(dòng)控制領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

圖1運動(dòng)控制系統原理

基于GD32H759系列超高性能MCU優(yōu)秀的數據計算能力，硬件設計方案方案采用ARM+FPGA的架構。本運動(dòng)控制系統總體設計方案，使用MODBUS-RTU/TCP及本公司自定義“太控”協(xié)議設計串口通訊程序，設計了動(dòng)態(tài)表，將HMI的運動(dòng)控制信息進(jìn)行存儲，利用HMI畫(huà)面實(shí)現人機交互。硬件平臺設計如圖2所示。

圖2運動(dòng)控制硬件平臺

系統框架

在系統中ARM是主處理器，用來(lái)實(shí)現系統的觸發(fā)、系統命令的發(fā)送、任務(wù)調度、切換等功能。FPGA是接收并解析ARM處理好的數據，并最終根據ARM的命令完成脈沖發(fā)送、脈沖計數及運動(dòng)任務(wù)掌控等功能，作為ARM的外設使用。

大多工業(yè)自動(dòng)化的運動(dòng)控制都需要考慮到系統實(shí)時(shí)性、數據處理、以及實(shí)際應用的需求。ARM+FPGA的硬件設計方案以ARM(GD32H759)為主控制芯片，主要完成電機參數、插補計算、人機交互、加工文件管理等控制。輔助芯片FPGA負責完成各軸脈沖輸出、原點(diǎn)檢測、輸入信號處理等。

控制器關(guān)鍵參數規格列下表所示：

ARM+FPGA的架構與ARM+DSP架構比較，各有優(yōu)勢，FPGA的構架能產(chǎn)生多路脈沖驅動(dòng)波，在多軸配合、多軸運動(dòng)控制、IO擴展、存儲等方面有絕對優(yōu)勢，DSP架構優(yōu)勢在于能實(shí)現復雜的數據計算。

在整體設計中，FPGA掛在A(yíng)RM的地址空間上作為ARM的外設使用。FPGA要完成掌控任務(wù)首先要先在A(yíng)RM中運行包含FPGA所在地址的指令，運行后ARM選中FPGA,FPGA接收到自己被選中的信息后檢測地址總線(xiàn)上ARM發(fā)送的地址數據，解析完成總線(xiàn)上傳輸的數據之后開(kāi)始動(dòng)作。寄存器也是運動(dòng)控制最重要的一環(huán)，ARM對FPGA的完全控制就是通過(guò)提前對FPGA內部的寄存器進(jìn)行配置。

圖3 GD32H759 MCU工作平臺

總結

GD32H759具有超強的計算能力，得益于優(yōu)秀的GD32H759硬件平臺，控制系統采用ARM+FPGA的構架，能實(shí)現更多軸的同時(shí)運動(dòng)控制，同等需求下較于A(yíng)RM+DSP的架構硬件成本更低，產(chǎn)品在市場(chǎng)競爭中優(yōu)勢更大。GD32H759經(jīng)我們方案驗證，在實(shí)際運用過(guò)程中擁有極強的穩定性、優(yōu)異的可擴展性。

工業(yè)自動(dòng)化很多客戶(hù)的需求由原來(lái)的一機專(zhuān)用演化為一機多用，這種運動(dòng)控制器在數據處理、數據存儲、IO配置、多軸聯(lián)動(dòng)等功能上都要經(jīng)得過(guò)考驗，而搭載GD32H759的ARM+FPGA的構架能很好的搭建出適應市場(chǎng)需求的平臺。

搭載GD32H759的ARM+FPGA構架控制器平臺在脈沖頻率上遠超原本的平臺，在特殊運用環(huán)境中可配置能力更高、適用性更廣、控制處理更快，能大幅減少加工時(shí)間。