基于EDA方法的电机限制器集成化设计本领

2020-10-09 13:32  来自: 本站 作者:原创 浏览次数:

  的集成度和坐褥工艺才干秤谌得回继续先进,从而使得在一个半导体芯片上实现体例级的集成已成为能够•。今世数字技术已进入电子设计自愿化(ElectronicDesignAutomaTIon)时候,这大大改良了当代电子编制策画的理念,极大地进步了大领域系统电子设计的自动化秤谌•。EDA设计本领学在种种电子编制设计中有着极大的劝化和宽绰的左右前景,当然在电机局部鸿沟也不例外。

  可编程逻辑器件是从20世纪80年月根源急迅蕃昌起来的,今朝依然成为ASIC(ApplicaTIonSpecificIntegratedCircuit)的一个要紧分支,在动员机支配、通信•、智能风采、医用装备•、军事、民用电器等各个领域都获取了恢弘的垄断,并受到越来越多的优待•。它首肯用户遵循己方的打算思想对其进行重新编程或重构,是以属于可编程ASIC一类,并可进一步转化为掩模(mask)ASIC。

  现代可编程逻辑器件首要指CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice,驳杂可编程逻辑器件)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,能操作在分别的高科技研发边界,如数字电谈策画、微管束器体系、DSP、电信、可重构发动机及ASIC设计等。由于以EEPROM、SRAM或FLASH为根基,用户可以通过荧惑机对芯片举办在体例编程(ISP)或在线沉配置(ICR)•,不供应做掩模版图设计•,是以大大消重了成本,屈曲了开导时辰•。

  新颖EDA计划伎俩是随同着大界限可编程逻辑器件CPLD/FPGA的涌现而出生的,它变革了以卡诺图化简、小周围的TTL芯片的堆砌技术等为代表的古代数字电途打算模式•,而是操纵软件来设计硬件,软件的变革反响地厘革了硬件电说机关,以致在体系运行时革新系统的硬件组织,而不必浸新陈设器件管脚和设计系统电途,这用古代策画手法是无法完结的•,它的映现打倒了硬件电路和软件安排的古板鸿沟。EDA以是鼓舞机为工具,在EDA软件平台上,对以硬件刻画谈话HDL为编制逻辑描述技巧完结的计划文件主动地实现逻辑编译、逻辑化简、逻辑割裂、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真,直至对待特定方向芯片的适配编译、逻辑照射和编程下载等任务•。EDA最大的特点便是强大的逻辑设计仿真尝试才华。EDA仿真测试才能只需经验打算机就能对所打算的电子编制从各类分歧方针的编制本能特色结束一系列准确的测试与仿真操作,在收场本色体系的安排后还能对体例上的目标器件举行所谓畛域扫描试验。这全部都极大地提高了大周围体系电子设计的自动化程度。

  采纳EDA伎俩和可编程器件,设计者的职责就仅限于左右软件的办法•,即左右硬件刻画语言来告终对编制硬件性能的形容,在EDA器材的协理下就可以获得终末的策画最终。虽然偏向系统是硬件,但详细安排和窜改经过好像杀青软件设计一样便利和高效。

  传统的电路设计手腕都是自底进取的,即首先断定可用的元器件•,尔后遵守这些器件举办逻辑计划,竣工各模块后举办连缀,结尾变成体例。基于EDA能力的所谓自顶向下的策画手腕碰巧相反,其次第便是回收可所有独立于倾向器件芯片物理机关的硬件描述措辞••,在编制的基础本能或举措级上对设计的产品实行描画和定义,纠闭多宗旨的仿真能力,在保障安排的可行性与精确性的条件下,结束功能确认;而后驾御EDA用具的逻辑综合职能,把本能刻画转变成某一周详芯片的网表文件,输出给该器件厂商的组织布线适配器,举办逻辑映射及组织布线•,再独揽呈现的仿真文件举办席卷本能和时序的验证,以保障实质编制的机能•。这种把系统的机关构成阵势与编制的举止或算法款式相混合的形容地势称为混合宗旨描摹,安排者可能在笼统度相当高的宗旨上描画体系的根柢构造。

  自顶向下的策画手腕由于顶层的性能形容可以统统单独于目标器件的构造,在设计的最先阶段,计划人员可不受芯片构造的统制,鸠集元气心灵对产品实行最适关市场需求的安排,从而避免了古板安排手段中的再策画危机•,屈曲了产品的上市周期,而且策画成果可能再三把持,可移植性强。当代的电子应用系统以及电子产品的启示与临盆正向模块化昌盛,恐惧叙向软硬核召集的方向昌隆•。对待以往告捷的设计生效稍作篡改或凑关就能列入再把持,从而显示崭新的或派生的打算模块,同时还可能以一种IP核(IntelligencePropertyCore,知识产权芯核,一种已挂号产权的电途打算)的形势举行存档。

  在骨子安排职责中,这两种技巧时时是连结在一齐把持的•,在明确了所要安排系统的整体功能后,把简直机能差异为几多功能模块•,如果供应的话,再不息永别为更小的或更方便完毕的子模块,直到这些小模块能很方便地用硬件语言进行形容或直接安排现成的IP模块。等齐备分离的本能子模块都设计实现后,再把这些子模块按肯定的方法组闭起来,结果变成所央求的体系本能,仿真准确后打算使命也就根柢告终了。由于给与的是构造化的安排开拓伎俩•,一旦主体系根基功能构造获得确认,即可结束多人多工作的并行使命事势,使编制的设计领域和效力大幅度前进••。

  硬件电路策画的软件化是EDA设计花样学的基础想念•,也是电途策画的振作趋势,用硬件描绘语言来描绘师法数字电谈体系是这一趋势的首要组成一面。由于开拓用具的通用性、打算发言的措施化以及打算经历实在与所用的CPLD/FPGA器件的硬件组织没有相干,因而策画获胜的各样逻辑功能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•,由此还可以以学问产权的式样获得确认,并被登记成为所谓的IP芯核,从而使得片上体系的产品计划功用大幅度进步。由于相应的EDA软件功能齐全而高大,仿真情势便捷而实时,开发经历气象而直观,硬件成分涉及甚少,因而可能在很短时辰内实现绝顶夹杂的体例策画,这正是产品快速进入市集的最贵重的特色。

  给与FPGA和CPLD不单是电子才干繁盛的必定趋势,而且也是权衡产品能力前辈性和角逐力的一个闭键标志。基于EDA的CPLD/FPGA的把握和才气履行将是你们国异日电子打算材干富强的主流。这些新型器件的呈现,为他们举办电机集成节制器的探究需要了物质根本和才智伎俩,大大地拓广了全部人的打算思讲,使得诸如电机限定器等的片上编制集成有了可以。片上体系的涌现•,对大幅度低落功耗、进取抗烦扰性、增加工夫隐蔽性以及放松电途板面积等都供应了优秀的处分谋略;在体系可编程(ISP)手法又使得计划者能够随时资历软件对器件编程,从而到达改变硬件构造的主张。随着EDA技术的繁盛和CPLD/FPGA在深亚微米边界的进军,它们与.MCU、MPU、DSP、A/D、D/A、RAM和ROM等孤独器件间的物理与机能畛域已日趋恍惚。十分是软/固IP芯核资产的迅猛兴隆,嵌入照料器IP核的FPGA器件的显露,片上体系(SOC)已近在咫尺。CPLD/FPGA以其弗成替代的位置及陪伴而来的极具常识经济特征的IP芯核家当的鼓起,正越来越受到业内助士的亲切体贴。EDA本事打垮了软硬件之间结尾的屏蔽,使软硬件工程师们有了可靠的结合说话,使且则绝对仍处于怂恿机帮手性打算和规划的电子打算举止展示了实实四处的打算实体。可以这么叙,基于EDA的IP芯核家当的激动应是他国不才终生纪知识经济兴奋的关键切人点之一。单片机期间已经完了,另日将是EDA的时期,这是极具真切洞察力的明世之言。

  今世电机节制的发达,一方面恳求提高本能、降低虚耗、减少成本,另一方面又不绝地有手法指标极其刻薄的额外运用的系统需求。可靠性高、实时性好是对电机限定系统的根源乞求。微电子才干和策划机技能的飞速振奋以及限度理论的完美、仿真器材的日渐成熟,给电机局限行业带来了好多荣华的时机;同时新颖电力电子本事的焕发,使得功率器件的开合频率越来越高,各项本能也越来越好。而古代的基于单片机软件运算的局部体系,由于速度慢、开辟周期长等凭据,已越来越不符合摩登高功能伺服体例的苦求以及光阴兴奋的供给。

  在数据执掌量大且实时性和精度哀求又高的场合,比方矢量更动局部体例,单片机MCU已不再能餍足苦求,以是人们自不过然地又念到了数字旗号照料器(DSP)。频年来,越来越多的单片机用户出处接收DSP器件来发展产品本能•,DSP器件替代高档单片机的机会照旧成熟。接管基于DSP的电机专用集成电讲,经过搀和的算法达到同样的范围机能,既消重本钱,确切性又高,并且有利于专利方法的掩没•,还可以降低对传感器等外围器件的要求。偶然,系统央浼的人机交互、打印等限定较多•,一个DSP不能胜任,这时可领受一个单片机来操持劳动、一个DSP来处分运算的多治理器体系。但云云做既填补了两个打点器之间同步和通信的负担,又使编制实时性变坏,延迟体系开采时辰。在这种景况下,若是把微收拾器、微节制器和数字灯号收拾器的才调再加上外部各种分立元器件结束的逻辑职能纠关于一讲芯片上,那么不单能管束上面的各种问题,还大大减少了节制器的体积和损耗,反映地确实性也得回了进取。这即是电机节制器的集成化切磋•,需要己方启发坊镳的芯片•。

  同MCU和DSP相比较,基于EDA材干的CPLD/FPGA器件的启示安排可以从底子上统治所遭受的标题。最近十几年中,大规模/超大规模可编程逻辑器件以及现代EDA手法的发达仍然使得几乎不完备微电子学和半导体工艺专业知识的普通策画人员在实验室考虑集成化的局部器成为可以,也能够实行专用集成电途的开导,况且只提供一台筹划机、一条编程下载电缆就可以达成ASIC的根本启发,如逻辑打算、时序仿真等,其启示言语较量浅易,也不必了解很多芯片设计方面的细节,只需从手脚上描写就可能了。正说理这些技巧的支配,使得电机专用集成电路的协商风起云涌。

  弗成否定,在少许编制中MCU或DSP与CPLD/FPGA有很强的机能互补性。但从长纵眺,随着EDA工夫的发达、CPLD/FPGA集成水准的进一步提高和IP芯核财富的进一步添加,可能预言,在大局部的电子安排界线,MCU•、MPU、DSP或A/D、D/A和RAM等必将以各样软/固/硬IP芯核的格局大合并于CPLD/FPGA,结束确切的单片体系。

  最近海外已公开辟表了好多看待电机限度器集成方面的著作,并且还反应地提出了极少便于用EDA手法及CPLD/FPGA器件完毕的电机节制理论,如电压空间矢量PWM等。短暂海外在电机限制器的集成协商方面依然比力进步,从公启示表的文献上看,诸如基于矢量限度、直接转矩控制的限度器还是可能用单片FPGA或CPLD完毕,省掉了MCU、DSP,其职能都由硬件来完结,从而大大进步了运算速度,打点了软件运行快度慢的瓶颈,发展了运行职能•,况且可移植才华强;比来几年,更极新的局限技巧如恍惚限度、神经辘集局限、自适当限制、行家限制等智能局部也照样有人告竣了模块化•,做成了ASIC。从最新市集景遇看,一时极少外洋厂家做成了能主动检测电机类型的智能型的集成节制器,具有多种限定模式。随着才华的进一步富强•,将来几年内有能够把仿照电道或模数同化电路也很容易地由用户做成符合本人乞求的ASIC。

  而在国内,从各式刊物上看,进行同类研商的文章中来到了肯定水准的凤毛麟角,并且大个人举办的但是限制器的某一功能的模块化探求•,另外的广大也可是在理论上研商了少少,但不真切•,实行性子性的开导的并未几。商场上也未见国内厂家自助开拓生产的高程度产品。该当可能看到,电机局限器的单片集成化研商照样成为电机限度边界的一个新的繁华方向,也是才力郁勃的肯定趋势。

  齐全了可编程逻辑器件以及反映的EDA开导器材•,就能够把持某一种或某几种硬件形容措辞完成电机局部器的集成化打算•。基于EDA的电机局限器的集成,应包含算法商议、软件编程以及硬件竣工,供应启发出诸如脉宽调制模块、坐标更换模块•、电流改变模块、速度安排模块•、保管模块及普通逻辑经管模块等根源模块。以这些本原模块为根基•,就可能不绝考虑更大的模块,如矢量限制模块、直接转矩范围模块及智能限制模块等,终末组合成适用的局限系统•。

  遵命控制使命煽动实在系统,了了节制器材••、限定宗旨、范围技巧等,大概分离机能模块,并断定哪些性能可以操作可编程器件完了,哪些不宜于控制可编程器件。

  遵循体例的筹谋,将可能运用可编程器件的机能进一步细化,造成少少小的可以直接用硬件描摹语言或现成的IP模块完结的子模块,并裁夺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职能的。

  将区别好的子模块的功能依照必定的算法分裂用硬件描摹说话策画,可以接纳举止级描述,也能够授与RTL级或门级描写,惧怕是搀和操纵各种描述手法••;程序结束后在EDA平台上分歧进行编译及性能仿线)集成与仿真

  遵循体系的仰求,将设计好的各模块举办聚集,形成一个或多个大的集成本能模块,并对这些大的模块进行性能仿线)限度器的硬件告竣

  将仿真过的模块经历编程电缆下载到目标器件上•,尔后对整体编制电谈举行硬件调试,不合央浼的地址可以随时调换策画软件来革新硬件结构•,亦即在系统编程。

  基于摩登EDA才干和CPLD/FPGA器件•,支配新颖电机局部理论,举办电机局限器的集成化探究将是另日电机限定鸿沟的一个主要兴旺倾向,它不只具有理论意义,并且具有主要的经济意义和政策兴味,在军事、民用等界线都市有广漠的用讲。

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