现场可配置片上系统TA7V05的应用研究

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摘要：介绍一款功能强大的片上系统级芯片——Triscend TA7V05，重点介绍其中的CSL功能模块；结合作者的研究方向，给出Triscend A7V芯片在电机控制中的应用。

    关键词：ARM 片上系统 可配置系统逻辑矩阵 PWM TA7V05

引言

Triscend A7V是一款完全32位的现场可配置片上系统，整合了广为流行的32位ARM7TDMI处理器内核、编程逻辑、加强的内存子系统和高效专用内部总线。Triscend A7V是从A7家庭上发展而来的。它通过增加众多的硬接线外围，使其功能扩展到电机驱动、工业网络、仪器仪表、低成本IP电话业务等公共领域。结合多功能的系统开发软件FastChip，Triscend A7V给设计者提供了一个可配置平台，用户以此可以快速开发高度自定义的嵌入式系统。

图1

1 结构特点

Triscend A7V是一款完全高效的用户可编程系统芯片。集成高效、低功耗32位ARM7TDMI RISC处理器，8KB混合指令数据缓存，32KB内部高速暂存RAM，新一代嵌入式可编程逻辑架构，高效专用内部总线，外部内存接口支持Flash、E2PROM、SRAM、SDRAM，先进的实时系统内调试能力，简单外部内存独立操作功能，1.8V内核电压，3.3V I/O电压，支持独立3.3V模拟电压，6路独立高效DMA通道。TA7V05芯片的系统结构如图1所示。

图2

    ①高效、低功耗32位ARM7 TDMI RISC处理器；

*二进制源代码与其它各种ARM7/ARM7TDMI兼容；

*广范围C/C++编译器，源码级调试，支持RTOS，使用Thumb指令结构的高代码密度；

②集成10/100M以太网，CAN2.0B控制器，USB1.1控制器；
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    *为Rx & Tx内建2KB FIFO，支持3个以上MAC地址，支持MAC暂停；

*完全支持CAN2.0B协议，信息滤除支持DeviceNet和CanOpen协议；

*5端点控制器，支持全速通用串行总线（12Mb/s）。

③8通道10位ADC，多功能定时器阵列（MFTA），全特生内存接口单元；

*8路模拟通道，10位内部采样保持A/D转换器，转换周期5μs（200kHz采样频率），外部边沿触发或SW命令触发转换，可编程扫描序列发生器；

表1和表2

    *4个独立的升降定时器，定时器可由CSL异步复位和计时；

*支持外部Flash、SDRAM内存子系统，SDRAM自动支持自我刷新、自动刷新和初始化。

④嵌入式SRAM基础的可配置系统逻辑（CSL）矩阵；

*超过3800个触发器和300个可编程输入输出（PIOs）；

*针对快速加法器、乘法器、计数器的专门电路；

*支持标准逻辑设计工具，VHDL/Verilog综合和仿真，原理图输入。

表3

    ⑤高效专用系统总线：

*可配置系统互连（CSI）总线结合CSL矩阵和SoC系统；

*300MB/s的尖峰传递率，32位地址、数据总线，支持可编程等待状态；

*公开定义与CSL矩阵接口的CSL插口总线，12个总线管理器和内建仲裁器。

2 CSL功能介绍

由于TA7V系列内部集成了一个可编程逻辑矩阵，此能够更加灵活地开发使用这款芯片。我们可以通过逻辑设计工具，以VHDL或Verilog语言来设计逻辑电路并实现相应的逻辑功能。这样就可以通过软件在系统硬件范畴内做灵活的设计。前面已经提及了CSL功能模块的特点，下面具体介绍TA7V05的可配置系统逻辑单元（CSL）。

图4

    CSL提供灵活的可编程资源，以实现多种数字功能。由于与CSI总线密切连接，CSL矩阵可以理想地CPU所需要的各种CSL逻辑功能。此矩阵由多个CSL堆构成。含有独自CSL单元的堆是一个方形的阵列。A7V05 CsoC上的可编程逻辑包含4个CSL堆，每个堆由列16行共128个CSL单元组成，如力所示，共对应12个CSL单元。垂直和水平断路器将各自CSL堆与CSI总线源分开。

垂直断路器出现在每个CSL堆的上面，分配选择器输入输出信号、断点控制信号、全避缓冲信号和等待控制信号。CSI读数据返回路径也靠直断路器锁定。水平断路器出现在相邻CSL堆列之间，将CSI总线进行信号分配到CSL堆上。断路器包含CSI总线资源。信号通过断路器可以在不同CSL堆间传送。当然，经过断路器时会带来信号延时。

每个CSL单元，由一个触发器和其它功能模块组成，可实现不同的逻辑、算数、存储操作。这些资源的独立或串接操作，取决于特殊功能的使用情况。一个独立的CSL单元有逻辑功能、算术功能、存储功能、总线功能，时序功能供使用。基本的CSL单元结构，包括组合逻辑和时序逻辑，如图3所示。

图5

    下面就其实现的不同功能作一下描述。表1为CSL单元中逻辑功能的实现，表2为CSL单元中算术功能的实现，表3为CSL单元中存储功能的实现。

每个CSL单元包含一个D型触发器。该触发器按以下方式控制：

*高电平有效时钟使能输入；

*可翻转边沿触发时钟输入；

*异步输入使触发器置位或清零。

3 TA7V系列的相关应用

典型的由TA7V构成的系统框图如图4所示。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>静态内存接口单元TA7V与扩展内存Flash，SDRAM的无缝连接。MSSIU（内存接口单元）标准连接含有A7V初始化程序和用户应用代码的扩展Flash内存。MSSIU接口在与别的外部器件连接时可重复使用。

TA7V强大的32位精简指令处理器、高效精悍的指令集、全特性内存扩展、丰富的外围设置、扩展的联网能力、高性价比低功耗，高稳定性和强抗干扰特性，使得该系列芯片在协同控制工业电机驱动方面可以发挥强大的优势。下面介绍TA7V在电机驱动方面的应用。TA7V构成的PWM脉冲输出系统，可以驱动相应的功率主电路，如IPM、IGBT逆变器等，再加上一些外围电路和目标电机，就构成了完整的交流电机调速系统。驱动电路结构框图如图5所示。

用TA7V实现控制电机，就是利用其中的CSL的灵活设置特性，通过相关的开发工具软件FastChip配制成先进的电机控制PWM功能。利用芯片中自带的模拟数字转换（ADC）实现外部模拟量检测，多功能定时器阵列（MFTA）实现时间周期检测，产生循环事件，波形生成和作为正交编码器接口（QEI）的计算部分。内建以太网/CAN接口，实现控制联网。电机控制系统软件流程如图6所示。

结语

TA7V CsoC外设丰富、处理能力强、指令系统简单，特别是集成了CSL，依靠相关的开发软件，可实现典型的微控制功能。包括参数配置先进的电机控制PWM、LCD控制、通信接口（SSI、I2C、RS-232、RS-485、HDLC）。因此A7V可广泛用于便携式设备，仪器仪表，低成本IP电话，LCD可视系统，工业联网，电机控制等众多领域。