基于zynqsoc的多軸運動控制系統(tǒng)-資料下載頁
2025-06-19 12:43本頁面
【正文】 ERS 在 ARM7 上的移植可以豐富系統(tǒng)的應用及加強實時性。項目系統(tǒng)結構圖如下圖 所示。系統(tǒng)實現(xiàn)了 FPGA 與 ARM 系OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)15統(tǒng)的片外 EMC 總線。圖 5. 1 系統(tǒng)結構圖 軟件設計ARM7 主控制器方面移植 TOPPERS/ASP 實時操作系統(tǒng)，并且實現(xiàn)了 USB 主從協(xié)議棧，以太網(wǎng)協(xié)議棧，文件系統(tǒng)等組件，ARM 通過EMC 總線訪問 FPGA 的資源，這樣只要定義好訪問規(guī)則以及含義就像訪問一個普通的外設一樣方便。我們已經(jīng)在 FPGA 內(nèi)部實現(xiàn)了電機的雙閉環(huán)控制，攝像頭采集的圖像信息的預處理，以及小型黑白字符點陣液晶的控制。舉例而言，對于電機的控制，ARM 只需要對電機給定速度就可以，如果需要獲取速度也可以直接讀取對應的地址的內(nèi)容就可以。同時由于 ARM 控制器內(nèi)部實現(xiàn)了實時操作系統(tǒng)，在 ARM 端可以實現(xiàn)一個 FPGA 不好實現(xiàn)的控制算法并且保證算法的實時性，同時已經(jīng)實現(xiàn)了通過 ARM 的以太網(wǎng)接口連接到小型 USB 供電的路由器上，建立一個小型的無線局域網(wǎng)，并且已經(jīng)在 android 上實現(xiàn)了一個OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)16應用，可以通過 wifi 連接到這個無線網(wǎng)絡，來和 ARM 進行網(wǎng)絡通信，由于我們自己定義好了一套基于 TCP 和 UDP 的 傳輸協(xié)議，其中 TCP主要負責可靠的數(shù)據(jù)傳輸，用于發(fā)送控制命令，UDP 主要用于傳輸大量的數(shù)據(jù)，這里我們將攝像頭采集到的實時圖像返回到 android 客戶端，并且可以實時顯示。通過定義好的通信協(xié)議我們可以通過android 客戶端做更多更高級的算法處理，將處理結果通過網(wǎng)絡傳輸回去。為了驗證系統(tǒng)的實時控制能力，我們還實現(xiàn)了小型移動機器人的循線控制，通過攝像頭采集賽道上的數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA 進行圖像預處理，F(xiàn)PGA 通過外部中斷的方式通知 ARM 控制器圖像預處理完畢， ARM就從定義好的存儲位置獲取處理后的圖像，將其進行簡單的運算，獲取路徑信息，給出合適的速度和角度，然后通過對 FPGA 定義好的運動控制寄存器設定每個電機的速度，這樣形成一個周期性的控制，就可以實現(xiàn)循線的目標。小型移動機器人整體的結構圖如下圖 所示。OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)17圖 5. 2 實現(xiàn)及處理結果 總結我們之前的項目開發(fā)基礎使用兩個芯片實現(xiàn)這種軟硬件協(xié)同設計結構，但是由于使用片外異步總線 EMC，使數(shù)據(jù)傳輸速率受限，使軟硬件協(xié)同設計的優(yōu)勢不能發(fā)揮到極致，現(xiàn)在使用 ZED 開發(fā)平臺可以實現(xiàn)片內(nèi) AMBA AXI 總線，可以提高通信速率，對于軟硬件協(xié)同設計也很有促進，同時由于之前沒有實現(xiàn) USB 主機和 android 設備進行通訊，現(xiàn)在也可以在這塊 zed 開發(fā)板上實現(xiàn)，這樣速度更快更穩(wěn)定，我們就可以將電機的人機交互直接在 android 上實現(xiàn)，同時由于 zynq 上有 cortexA9 雙核，我們可以在其中一個核心上運行GPOS，主要負責人機交互和信息交互，zynq 內(nèi)核的 arm 和 fpga 可以通過內(nèi)部總線方式進行通訊，這樣速度更加快速，我們就可以做更多擴展，以太網(wǎng)部分我們可以實現(xiàn)一個網(wǎng)頁用于監(jiān)控這個系統(tǒng)的運行狀況和進行調(diào)試。6 附錄二：ZYNQ 基礎在之前參數(shù)的美信 DIY 大賽中，我們對 ZYNQ 做了初步探索實現(xiàn)。系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如下 所示。在該系統(tǒng)中，在 PS 部分我們實現(xiàn)了雙核的啟動運行等的移植，并移植實現(xiàn)了 TOPPERS/FMP 多核操作系統(tǒng)，在演示系統(tǒng)中我們使用的系統(tǒng)移植了 NTShell 串口人機交互程序，能夠使用串口進行在線的OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)18實時的對電機閉環(huán)控制器以及協(xié)同控制器參數(shù)的修改。操作界面如圖 所示。圖 美信 DIY 大賽系統(tǒng)圖圖 NTShell 操作界面OpenHW12 基于 ZYNQ SoC 的多軸運動控制系統(tǒng)19在 PL 部分，實現(xiàn)了對多電機控制器的 IP 核，并實現(xiàn)了M_AXI_GP 的 AXI 總線接口。能夠使 ARM 輕松訪問 FPGA 的 IP 核等資源。實驗實現(xiàn)的開發(fā)平臺環(huán)境如圖 所示。其中包括 Xilinx ISE Design Suit 開發(fā)環(huán)境、雙電機實驗平臺、電機驅動模塊，ZedBoard、 鋰電池等。圖 美信
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