ARM设计的FPGA可重构配置方法的实现及应用

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3 可重构配置应用

结合上述可重构配置分析，我们利用了FPGA可重构特性，实现模块化机器人控制器的设计．模块化机器人结构复杂，控制电机数量多，而且针对不同构形控制策略也有差别，如四自由度串联式机器手构形和全向移动小车构形(图4所示)从控制策略到控制电机数量都有很大的不同，这就要求控制器可以根据不同构形动态的改变控制策略，也即控制器的可重构．为此，在模块化机器人可重构控制模块结构设计中，提出基于ARM和FPGA的动态可重构的模块化机器人控制系统方案，充分利用嵌入式ARM核微处理器高性能、低功耗、资源丰富等方面的性能和FPGA内部逻辑可重构的特性，由主处理器根据机器人当前构形选择不同的控制策略并对FPGA内部逻辑进行动态重配，以适应不同构形及应用的需要．结构设计框图如图5所示。

ARM模块选用s3c241Ox运行 C／OS—II实时操作系统，负责运行控制软件，完成模块化机器人运动规划，实时监控系统运行状态，实现人机交互功能及对FPGA内部逻辑实时重构．FPGA内部运行软核处理器，负责与模块化机器人运动控制相关的任务，如舵机控制、直流电机控制、系统IO控制、传感器数据采集等任务．

对FPGA配置采用上述基于ARM的PS配置方法，平台充分利用了FPcA内部逻辑可重构的特性，可组成多种不同构形，不同构形具有不同的物理结构和控制方式，以满足不同任务需求．其重构方法采用：

(1)根据具体构形规划系统硬件资源种类，如构形需要的直流电机数量、舵机数量、系统I／，O数量以及各种传感器的数目．

(2)根据硬件资源种类修改FPcA内部逻辑，实现硬件层次的“重构”．

(3)根据FPGA逻辑的变化，进行软件的开发，实现软件层次的“重构”．

(4)将FPGA配置文件下载到ARM的存储器中，系统上电后，ARM结合需求通过读取相应存储区的配

置文件对FPGA进行配置，实现控制系统的动态重构．

经过实验验证，利用ARM的实时处理功能，对FPGA内部逻辑进行动态重配，所设计的控制平台可以满足可重构配置的性能要求．

4 结语

文中给出了基于ARM的FPGA的Ps加载配置方案，该方法电路结构简单、易于实现，充分利用ARM处理器功能强、速度快、应用广的特点，在系统中可预先包含多个不同功能的配置文件，根据现场的需要进行相应的配置，实现在线更新FPGA功能，既节省了开发成本，又满足了一些特殊的系统设计要求，也充分显示出FPGA现场升级、灵活运用的设计理念，方案的提出，对嵌人式数字系统设计具有相当的借鉴意义．