模塊化機器人嵌入式多核主控制器設計
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協處理器總體設計框架如圖3所示。GDB、GAB、GCB分別表示外部的數據、地址和控制總線。協處理器主要包含輸入／輸出接口邏輯、機器人參數存儲區、協處理器運算控制模塊、運算處理模塊、命令字寄存器、協處理器狀態字寄存器和輸入／輸出FIFO構成。
在本設計中，協處理器作為一個I／O設備與主處理器之間連接，協處理器完全接受主處理器的調度和支配。由于機器人控制算法的調度與計算是一個周期性過程，因此采用I／O設備方式即可滿足要求。采用此方式系統雖然增加了協處理器，但卻沒有增加復雜度，利于保證核心部件的可靠性且易于實現和管理，能夠簡化軟件設計。針對該接口模式的設計，協處理器與主處理器之間的硬件接口結構框圖如圖4所示。
協處理器面向Nios II處理器接口分為參數區和寄存器區，通過寫命令寄存器來識別。通常情況下，給出的CMD為正常計算模式，默認選擇寄存器區；當需要對基本參數進行訪問／修改時，給出的CMD為修改參數模式。其中寄存器區包括各類寄存器和輸入輸出FIFO。圖4中各信號含義在表1內進行了介紹。
4 片上多核結構
利用SOPC技術把Nios II軟核、專用協處理器、存儲器控制IP、CAN總線控制邏輯、內部計數器等全部集成到FPGA芯片上。基于SOPC的多核控制器的系統結構如圖5所示。
整個分布式控制系統結構如圖6所示，多核主控制器通過CAN總線與各關節控制器通信并對反饋信息進行處理，進行路徑規劃，下發關節角。各關節控制器采集電機當前角度信息并通過電機驅動模塊控制電機運動。
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