AT91FR40162与cyclone2在工业控制的结合

工业控制中往往需要完成多通道故障检测及多通道命令控制（这种多任务设置非常普遍），利用ARM芯片与FPGA相结合来扩展检控通道是一个非常好的选择。这里介绍用Atmel公司ARM7处理器（AT91FR40162）和ALTERA公司的低成本FPGA芯片（cyclone2）结合使用完成多通道检控任务的一种实现方法。
　　各部分功能简介
　　图1为此系统的结构连接框图。如图所示，ARM芯片与FPGA芯片之间通过数据总线、地址总线及读写控制线相连，而与终端PC则通过串口通信；FPGA与目标设备通过命令控制总线和故障检测总线相连。

　　由于重映射主要是用于Flash和片内RAM的地址空间交换，所以片内外围接口(EBI、USART、TC)对应的存储器编程地址范围在映射前后不发生改变，而访问外设地址为重映射后所分配。重映射后地址分配如表1所示。
　　3 应用接口的存储器配置
　　EBI存储器：在8个EBI片选存储器（EBI_CSR0～EBI_CSR7）中设置外设访问参数。其中，32位存储器中包括数据总线宽度8（16）设置，等待状态数目1～7个周期设置，等待使能（不是使能）设置，片选使能（不使能）设置。这里将FPGA作为外设，使能NCS3(也可根据实际选择其他空闲片选线)，选择总线宽度16，使能等待周期并设周期为5（根据调试选择）。因默认NCS0为加载Flash片选线，而Flash为16位信号、7个等待周期，故需在EBI_CSR0中选择16位总线宽度、7个等待周期并使能NCS0。
　　AIC存储器：AIC存储器管理所有内外部中断，对此存储器的正确初始化赋值才会打开相应中断。设定AIC工作参数：应用串口通信模式为异步模式，串口发送的数据位字符长度为8位，通信的波特率9600B/s，串口中断优先级为6（中断优先级由低到高0～7），接收发送通道使能。
　　TC存储器：定时中断存储器需要设定定时长度为1s（每1s产生中断进行故障查询），定时通道使能及软件触发模式，定时中断优先级设为1。
　　 [!--empirenews.page--]4 应用程序说明
　① 主程序
　　#define AT91C_BASE_EBI       ((AT91PS_EBI)   0xFFE00000) //EBI基地址定义
　　int main()
　　{AT91F_EBI_OpenChipSelect (
        AT91C_BASE_EBI,  //地址指针                    
        0x3,            //片NCS3使能
        0x30000000+0x3f39); //片选存储器初始化
         Usart_init();//初始化串口
　　　   timer_init();//初始化定时器
         while(1){} //循环等待
　　}
　　ARM处理器在完成各寄存器初始化后进入应用主程序，在主程序中首先调用EBI接口使能函数来设置参数：在程序中设置存储器基地址值（0xFFE00000），片选设置0x3（NCS3使能），NCS3的存储器初始化；调用USART控制器函数初始化串口：打开串口，串口收发通道初始化，设定串口通信速率；调用定时中断函数：打开定时中断，设置定时中断时间，设定触发方式为软件触发；最后进入等待循环。
　　② 串口命令接收中断服务程序
　　#define USART0_INTERRUPT_LEVEL     6//设置中断优先级为6
　　#define AT91C_US_USMODE_NORMAL AT91C_US_CHMODE_NORMAL//*设置通信模式（NORMAL定义为异步模式）*//
　　AT91PS_USART COM0=AT91C_BASE_US0;//设置COM0为收发口
　　char message[4];
　　//                 控制端串口中断通信程序                //
　　//*----------------------------------------------------------------------------*//
　　void Usart0_c_irq_handler(AT91PS_USART USART_pt)//串口中断处理函数
　　{   volatile unsigned int *conp;unsigned int status;
 int time;
 volatile unsigned int i;
 status = USART_pt->US_CSR & USART_pt->US_IMR;//给状态寄存器赋初值
 if ( status & AT91C_US_RXRDY)//接收通道寄存器判断是否有数据
 {   
       AT91F_US_DisableIt(USART_pt,AT91C_US_RXRDY);//关闭接收通道准备好中断
     AT91F_US_EnableIt(USART_pt,AT91C_US_ENDRX);//打开接收结束中断
    AT91F_US_ReceiveFrame(USART_pt,(char*)(message),4);//调用接收数据数接收数据
      }
 if ( status & AT91C_US_ENDRX){
         AT91F_US_DisableIt(USART_pt,AT91C_US_ENDRX); // 关闭接收器传送结束中断
        { if((message[0]^0xff)==message[1])//判断接收代码
          {switch (message[0])
         {case  0x31 : {conp=(volatile unsigned int*)(0x1+0x30000000);//OPE1使能
         *conp=0x2;}; break;//0x31代码送往OPE1端口
             case  0x30 : {conp=(volatile unsigned int*)(0x2+0x30000000);//OPE2使能
             *conp=0x1;}; break; // 0x30代码送往OPE2端口
          case  0x11 : {conp=(volatile unsigned int*)(0x3+0x30000000);//OPE3使能
              *conp=0x2;};break;// 0x11代码则往OPE3端口
             case  0x10 : {conp=(volatile unsigned int*)(0x4+0x30000000);//OPE4使能
             *conp=0x1;};break;  //0x10代码送往OPE4端口          
        default:break;}
　　　　　　　}
　　　　　　　}
　　以上程序为串口中断服务程序，各函数语句说明参见注释。中断级别设置为6（高于定时中断），这样使命令发送优先于故障查询（控制命令随机出现而故障查询总是循环进行）；接收缓冲区message[4]数组类型必须设为动态分配，静态数据分配会使处理器开辟数据缓冲区到Flash芯片中，从而引发在一个中断处理程序中由于存取时间过长而导致串口收发超时的错误。因为篇幅有限，其他程序不再一一叙述。
　　在ARM应用程序的编写中，应该尽量少的在主函数内使用循环操作，主函数主要完成各接口控制器应用初始化，因为主函数不间断循环操作不但会增加功耗，而且长时间频繁切换于中断服务和主循环之间会造成程序运行的不稳定，所以能用定时中断完成的循环操作尽量用中断完成。
　
　　结语

　　ARM芯片控制功能结合FPGA灵活的多硬件接口模拟特性在工程上体现出的其独特的优势，已发展为一种流行的硬件架构模式，随着芯片功能的不断强大，这种优势将使其用途更广，对任务处理变得更加灵活高效。