Modular Signal Processing Unit for Motion Control Applications Based on System-on-Chip with FPGA

Abstract

Článek se zabývá průmyslovými systémy řízení pohybu (Motion Control), které jsou implementovány implementace distribuovaným způsobem, tj. kde je více vstupních/výstupních zařízení propojeno s nadřazeným řídicím systémem pomocí rychlé digitální komunikace. Tento článek představuje návrh řešení modulární jednotky pro připojení více vstupních a výstupních signálů z více snímačů a aktuátorů do průmyslové komunikační sítě s protokolem EtherCAT. Do této řídicí jednotky je možné vložit uživatelem definované algoritmy pro předzpracování signálů, fúzi více vstupních signálů nebo uzavření velmi rychlé lokální regulační smyčky. Tato skutečnost je hlavním přínosem ve srovnání s obdobnými běžně dostupnými řešeními. Efektivní návrh hardwarového řešení je založen na jediném hlavním čipu (SoC), který integruje část programovatelného hradlového pole (FPGA) a několik standardních výpočetních CPU jader s ARM architekturou. Zpracování dat může být realizováno kompletně v FPGA, čímž lze dosáhnout velmi nízkého zpoždění signálů. Zároveň může být využito výkonných CPU jader pro složitější algoritmy, které na FPGA nelze realizovat, a využít přitom těsné vazby FPGA a CPU části.