ARM7與FPGA在工業(yè)控制的結合

　　ARM配置及應用程序說(shuō)明

　　1 處理器的資源分配

　　● 存儲器
　　AT91FR40162內嵌一個(gè)256KB的SRAM，1024K個(gè)16位字組成的Flash存儲器。SRAM通過(guò)內部32位數據總線(xiàn)與ARM核相連，單周期訪(fǎng)問(wèn)，Flash存儲器則通過(guò)外部總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)。

　　● 系統外圍
　　EBI：外部總線(xiàn)控制接口，EBI可尋址64MB的空間，通過(guò)8個(gè)片選線(xiàn)（NCS0～NCS3獨立）和24位地址線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)外設，地址線(xiàn)高4位與片選線(xiàn)（NCS4～7）復用，數據總線(xiàn)可配置成8/16位兩種模式與外設接口。

　　PIO：并口控制器，PIO控制32根I/O線(xiàn)，多數為復用引腳，可通過(guò)編程選擇為通用或專(zhuān)用。 

　　AIC：先進(jìn)中斷控制器，實(shí)現片內外圍中斷及4個(gè)外部中斷源中斷的管理，其外部中斷引腳與通用I/O復用。

　　● 用戶(hù)外圍
　　USART0～1：串口收發(fā)控制器，支持8個(gè)數據位的發(fā)送，可以進(jìn)行異步/同步傳輸選擇，其片外引腳與通用I/O復用。
　　TC：定時(shí)/計數器，可以產(chǎn)生定時(shí)中斷和計數功能，其片外引腳與通用I/O復用。

　　2 存儲器地址重映射后的空間分配

　　在CPU上電后，都會(huì )從地址0開(kāi)始第一條指令代碼的執行，而上電復位后0地址必須映射到NCS0片選所接的器件上，這里必須將NCS0連接到片內Flash上以加載初始化程序和應用程序。由于中斷和異常的入口地址是0～20H固定不變，它們的產(chǎn)生都是跳轉到0～20H之間相應的地址取程序執行，為了加快中斷響應，必須將0～20H地址映射到片內RAM區，所以在初始化的重映射命令執行（EB1_RCR的RCB位置1）后，內部RAM就映射到地址0，所有的中斷入口響應和堆棧操作都被映射到在RAM區進(jìn)行。

　　由于重映射主要是用于Flash和片內RAM的地址空間交換，所以片內外圍接口(EBI、USART、TC)對應的存儲器編程地址范圍在映射前后不發(fā)生改變，而訪(fǎng)問(wèn)外設地址為重映射后所分配。重映射后地址分配如表1所示。

　　3 應用接口的存儲器配置

　　EBI存儲器：在8個(gè)EBI片選存儲器（EBI_CSR0～EBI_CSR7）中設置外設訪(fǎng)問(wèn)參數。其中，32位存儲器中包括數據總線(xiàn)寬度8（16）設置，等待狀態(tài)數目1～7個(gè)周期設置，等待使能（不是使能）設置，片選使能（不使能）設置。這里將FPGA作為外設，使能NCS3(也可根據實(shí)際選擇其他空閑片選線(xiàn))，選擇總線(xiàn)寬度16，使能等待周期并設周期為5（根據調試選擇）。因默認NCS0為加載Flash片選線(xiàn)，而Flash為16位信號、7個(gè)等待周期，故需在EBI_CSR0中選擇16位總線(xiàn)寬度、7個(gè)等待周期并使能NCS0。

　　AIC存儲器：AIC存儲器管理所有內外部中斷，對此存儲器的正確初始化賦值才會(huì )打開(kāi)相應中斷。設定AIC工作參數：應用串口通信模式為異步模式，串口發(fā)送的數據位字符長(cháng)度為8位，通信的波特率9600B/s，串口中斷優(yōu)先級為6（中斷優(yōu)先級由低到高0～7），接收發(fā)送通道使能。

　　TC存儲器：定時(shí)中斷存儲器需要設定定時(shí)長(cháng)度為1s（每1s產(chǎn)生中斷進(jìn)行故障查詢(xún)），定時(shí)通道使能及軟件觸發(fā)模式，定時(shí)中斷優(yōu)先級設為1。

　　4 應用程序說(shuō)明

?、?主程序
　　#define AT91C_BASE_EBI       ((AT91PS_EBI)   0xFFE00000) //EBI基地址定義
　　int main()
　　{AT91F_EBI_OpenChipSelect (
        AT91C_BASE_EBI,  //地址指針                    
        0x3,            //片NCS3使能
        0x30000000+0x3f39); //片選存儲器初始化
         Usart_init();//初始化串口
　　　   timer_init();//初始化定時(shí)器
         while(1){} //循環(huán)等待
　　}

　　ARM處理器在完成各寄存器初始化后進(jìn)入應用主程序，在主程序中首先調用EBI接口使能函數來(lái)設置參數：在程序中設置存儲器基地址值（0xFFE00000），片選設置0x3（NCS3使能），NCS3的存儲器初始化；調用USART控制器函數初始化串口：打開(kāi)串口，串口收發(fā)通道初始化，設定串口通信速率；調用定時(shí)中斷函數：打開(kāi)定時(shí)中斷，設置定時(shí)中斷時(shí)間，設定觸發(fā)方式為軟件觸發(fā)；最后進(jìn)入等待循環(huán)。

　?、?串口命令接收中斷服務(wù)程序
　　#define USART0_INTERRUPT_LEVEL     6//設置中斷優(yōu)先級為6
　　#define AT91C_US_USMODE_NORMAL AT91C_US_CHMODE_NORMAL//*設置通信模式（NORMAL定義為異步模式）*//
　　AT91PS_USART COM0=AT91C_BASE_US0;//設置COM0為收發(fā)口
　　char message[4];
　　//                 控制端串口中斷通信程序                //
　　//*----------------------------------------------------------------------------*//
　　void Usart0_c_irq_handler(AT91PS_USART USART_pt)//串口中斷處理函數
　　{   volatile unsigned int *conp;unsigned int status;
 int time;
 volatile unsigned int i;
 status = USART_pt->US_CSR & USART_pt->US_IMR;//給狀態(tài)寄存器賦初值
 if ( status & AT91C_US_RXRDY)//接收通道寄存器判斷是否有數據
 {   
       AT91F_US_DisableIt(USART_pt,AT91C_US_RXRDY);//關(guān)閉接收通道準備好中斷
     AT91F_US_EnableIt(USART_pt,AT91C_US_ENDRX);//打開(kāi)接收結束中斷
    AT91F_US_ReceiveFrame(USART_pt,(char*)(message),4);//調用接收數據數接收數據
      }
 if ( status & AT91C_US_ENDRX){
         AT91F_US_DisableIt(USART_pt,AT91C_US_ENDRX); // 關(guān)閉接收器傳送結束中斷
        { if((message[0]^0xff)==message[1])//判斷接收代碼
          {switch (message[0])
         {case  0x31 : {conp=(volatile unsigned int*)(0x1+0x30000000);//OPE1使能
         *conp=0x2;}; break;//0x31代碼送往OPE1端口
             case  0x30 : {conp=(volatile unsigned int*)(0x2+0x30000000);//OPE2使能
             *conp=0x1;}; break; // 0x30代碼送往OPE2端口
          case  0x11 : {conp=(volatile unsigned int*)(0x3+0x30000000);//OPE3使能
              *conp=0x2;};break;// 0x11代碼則往OPE3端口
             case  0x10 : {conp=(volatile unsigned int*)(0x4+0x30000000);//OPE4使能
             *conp=0x1;};break;  //0x10代碼送往OPE4端口          
        default:break;}
　　　　　　　}
　　　　　　　}

　　以上程序為串口中斷服務(wù)程序，各函數語(yǔ)句說(shuō)明參見(jiàn)注釋。中斷級別設置為6（高于定時(shí)中斷），這樣使命令發(fā)送優(yōu)先于故障查詢(xún)（控制命令隨機出現而故障查詢(xún)總是循環(huán)進(jìn)行）；接收緩沖區message[4]數組類(lèi)型必須設為動(dòng)態(tài)分配，靜態(tài)數據分配會(huì )使處理器開(kāi)辟數據緩沖區到Flash芯片中，從而引發(fā)在一個(gè)中斷處理程序中由于存取時(shí)間過(guò)長(cháng)而導致串口收發(fā)超時(shí)的錯誤。因為篇幅有限，其他程序不再一一敘述。

　　在A(yíng)RM應用程序的編寫(xiě)中，應該盡量少的在主函數內使用循環(huán)操作，主函數主要完成各接口控制器應用初始化，因為主函數不間斷循環(huán)操作不但會(huì )增加功耗，而且長(cháng)時(shí)間頻繁切換于中斷服務(wù)和主循環(huán)之間會(huì )造成程序運行的不穩定，所以能用定時(shí)中斷完成的循環(huán)操作盡量用中斷完成。
　
　　結語(yǔ)

　　ARM芯片控制功能結合FPGA靈活的多硬件接口模擬特性在工程上體現出的其獨特的優(yōu)勢，已發(fā)展為一種流行的硬件架構模式，隨著(zhù)芯片功能的不斷強大，這種優(yōu)勢將使其用途更廣，對任務(wù)處理變得更加靈活高效。