STM32F407加FPGA用FSMC总线怎么连接

Posted 2023-03-26

参考技术A STM32F407的FSMC总线连接FPGA，
FPGA内部设置为FSMC与SRAM直接连接。 参考技术B 硬件么？硬件的话fpga的IO比较自由，只需按stm的IO进行分配就好，

基于 FPGA verilog 的 Ethercat 主站工程代码

 

 

 

 

 

EtherCAT 总线 demo 板介绍

一、测试架构介绍

• 总线部分包括 EtherCAT 协议、Canopen 协议、1588 同步协议，全部在 FPGA上实现，纯 Verilog 实现，无软核，时间精准。

• FPGA 挂百兆网口串接伺服，布线简单。
• 支持驱动 1-32 轴，自动侦测。
• CPU 和FPGA 的接口，根据 CPU 的不同而不同，常用的如 FSMC 接口、GPMC 接口、PCI/PCIE 接口等等。
• 运动控制部分用户可以选择在 STM32、ARM、X86 等 CPU 上实现 （此部分代码 demo 板不包含）
• DEMO 板具备参数固定自动运行模式，可测试总线的通讯和驱动器侦测运行正常。
• 图中 User design 部分为用户自行设计。
• 图中 IP include 部分为 demo 或 IP 提供的。

二、具体性能参数

1、循环周期和抖动

• 循环周期支持 31.25us、62.5us、125us、250us、500us、1ms、2ms 等。
• 主站在循环周期 2ms 时抖动为 50us，循环周期越短，抖动越小，从站抖动10ns。

2、支持轴数与FPGA 资源消耗量

• 支持 1-32 轴，消耗资源 12K 逻辑 Slice 左右，如用户有自己的 IP 或功能模块需要集成，则建议采用 30K 资源的 FPGA，这样才有足够冗余以备所需。某些运动控制器需要添加手轮，IO 开关量，其他用户自定义功能。

三、用户接口

该 DEMO 中接口分为 4 个部分：系统部分，过程数据部分，伺服参数配置部分，回零部分，具备与外部处理器交互的接口为过程数据部分，伺服参数配置部分，具体信号如下图所示。

标号	信号部分	功能
1	系统部分	时钟域复位信号，用于复位 Ethercat master 主   站
2	过程数据部分	用于处理器与驱动器之间的指令和状态交互，包   括位置，状态及其对应的有效信号
3	伺服参数配置部分	用于处理器配置主站参数，包括数据的地   址，数据的长度，数据以及设置启动和复位信号

4	测试接口	测试接口包括回零的启动和复位等信号，用户无   需使用

注：自测试模式为以上端口固定数字量自运行模式，驱动器将持续运转。

ECAT运动控制器ARM软件设计

 

一、ARM向FPGA发送目标位置

1、对应的操作地址

`define  CUR_POS_SERVO 1

`define  TARGET_CUR_POSL 2

`define  TARGET_CUR_POSH     3

 

2、操作步骤

• 下发每个轴的位置时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要发送目标位置的伺服；
• 再通过写地址2向FPGA写目标位置的低16bit；
• 再通过写地址3向FPGA写目标位置的高16bit。

 

3、注意

通过地址1，向FPGA写接下来要操作的伺服，写0表示第一个伺服，写31表示第32个伺服，以此类推。

在读写操作完成之前，不要改变指定的伺服。也就是说指定伺服+读写数据，是一整套。

 

 

二、ARM向FPGA读取当前位置

1、对应的操作地址，与目标位置共享一套地址

`define  CUR_POS_SERVO 1

`define  TARGET_CUR_POSL 2

`define  TARGET_CUR_POSH     3

 

2、操作步骤

• 下发每个轴的位置时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要读取当前位置的伺服；
• 再通过读地址“2”向FPGA读取当前位置的低16bit；
• 再通过读地址“3”向FPGA读取当前位置的高16bit。

 

 

三、ARM向FPGA发送控制字

1、对应的操作地址

`define  CUR_POS_SERVO 1

`define  STS_SERVO     4

 

2、操作步骤

• 下发每个轴的控制字时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要发送控制字的伺服；
• 再通过写地址4向FPGA写伺服的控制字；FPGA会根据第一步的伺服去对应该控制字是给哪个伺服的。

 

当ARM通过地址58检测到所有伺服进入OP状态后，可以通过控制字来控制各个伺服进入伺服使能状态，具体的操作流程为：顺序发送控制字6、7、15。每发送一个控制字，伺服对应的状态字就会发生变化。通过检测状态字的变化来确定发送下一个控制字。

回零的控制字为15到31，回零完成后，控制字要返回15。

 

四、ARM向FPGA读取状态字

1、对应的操作地址

`define  CUR_POS_SERVO 1

`define  STS_SERVO     4

 

2、操作步骤

• 下发每个轴的控制字时，先通过写地址1，告知FPGA接下来要读取控制字的伺服；
• 再通过读地址4向FPGA读取对应伺服的控制字。

 

五、ARM读取轴的位置缓存数据的个数

1、对应的操作地址

`define   CUR_POS_SERVO 1

`define   ECAT_POS_FIFO_CNT 65

 

2、操作步骤

FPGA为每个轴的目标位置都对应设计了一个32深度的缓存，ARM根据缓存和需要将目标位置发送到这个缓存，供FPGA的ECAT刷新。

• 先通过写地址1，告知FPGA接下来要读取数据个数的伺服；
• 再通过读地址65来读取对应伺服的轴数据缓存中数据个数。

 

六、ARM在启动FPGA的ECAT之前需要配置的内容

1、配置FPGA内容的相关写地址

`define   SM0_PHYADDR 49

`define   SM1_PHYADDR 50

`define   SM2_PHYADDR 51

`define   SM3_PHYADDR 52

`define   WATCHDOG_SUPPORT 53

`define   LOOP_PERIOD_H 55

`define   LOOP_PERIOD_L 56

 

2、具体含义

• SM0_PHYADDR，SM0的地址，16bit，xml文件中的高低8bit交换后，下发给FPGA。
• SM1_PHYADDR，SM1的地址，16bit，xml文件中的高低8bit交换后，下发给FPGA。
• SM2_PHYADDR，SM2的地址，16bit，xml文件中的高低8bit交换后，下发给FPGA。
• SM3_PHYADDR，SM3的地址，16bit，xml文件中的高低8bit交换后，下发给FPGA。
• WATCHDOG_SUPPORT，伺服是否支持看门狗，写1表示支持，写0表示不支持，从测试的5家伺服来看，除久同外，其他家均支持。
• LOOP_PERIOD_H ，为循环周期的高16bit。
• LOOP_PERIOD_L ，为循环周期的低16bit。

 

七、控制和状态寄存器

1、相关操作地址

`define   ECAT_RSTN 57

`define SERVO_INIT_DONE_ALL 58

 

2、具体含义

• ECAT_RSTN ，ARM向该地址写1，启动FPGA的ECAT运行。
• SERVO_INIT_DONE_ALL，ARM通过该地址读取所有伺服是否初始化完毕，1表示完毕。

 

八、伺服参数配置功能寄存器

1、相关操作地址

`define PARA_INDEX 77

`define PARA_SUB_INDEX 78

`define PARA_DATA_H 79

`define PARA_DATA_L 80

`define PARA_DATA_LEN 81

`define PARA_DATA_UpLOAD     82

`define PARA_DATA_UpLOAD_H   83

`define PARA_DATA_UpLOAD_L   84

`define PARAM_SET 85

`define PARAM_SET_RST    86

`define PARAM_SET_SERVO    87

 

九、伺服回零功能

多个伺服同时回零的流程：

通过参数设置端口，依次将各个伺服设置成模式6，再依次发送控制字31，再依次去读取状态字，如果读到某个轴的状态字是回零完成，就将该轴的控制字写回15，并然后通过参数设置接口将其模式设置为8。

 

十、伺服IO读取与写入

在启动ECAT之前，通过如下两个地址，分别配置伺服IO的地址：

`define   M2S_IO_PHYADDR 47  //master output

`define   S2M_IO_PHYADDR 48  //master input

地址47为运动控制器输出到伺服的IO指令；

地址48为运动控制器从伺服获取的IO状态。

启动ECAT后，通过地址99来输出IO指令到伺服，或者从伺服获取IO状态。

`define SERVO_IO 99

同理，通过地址4来指定所要操作的伺服。

初定为8输入8输出，16位数据线的低8bit有效。

 

十一、其他标志

轴数据缓存的空满标志、ECAT断线等等标志