Transcript FPGA解説資料
FPGAを用いたMG3用 インターフェース回路の解説 FPGAについて オートパイロット機能を 備えた航空機 産業用ロボット 出典：JALホームページ 出典：技術革新ハンドアックス FPGAについて オートパイロット機能を 備えた航空機 産業用ロボット FPGA ・ハードウェアの高速性 ・ソフトウェアの持つ柔軟性 FPGA (アルテラ社) 出典：JALホームページ 出典：技術革新ハンドアックス MG3：MIRS Generation3の特徴 第2世代に比べプラットフォームが 大幅に変更されている ＜特徴＞ ・OSの変更（搭載機器の増設が可能となった） ・USBカメラ ・無線LANアダプタ ・PICを用いた超音波センサ ・PICを用いたモーター駆動 OSについて 旧MIRS RT-Linux ver2.3 OSによるリアルタイム 処理が可能 変更 現行MIRS CentOS 5.2 OSによるリアルタイム 処理は不可能 OSについて 旧MIRS RT-Linux ver2.3 OSによるリアルタイム 処理が可能 しかし・・・・ 超音波センサーとモータは リアルタイム性が必要 変更 現行MIRS CentOS 5.2 OSによるリアルタイム 処理は不可能 PICを用いて リアルタイム性を確保 リアルタイム性の確保 PIC PIC 超音波センサー モーター シリアル通信 シリアル通信 データを逐次的 に送るシリアル 通信が必要 CPUボード リアルタイム性の確保 PIC PIC 超音波センサー モーター シリアル通信 シリアルポートが 不足している 超音波 センサーが占有 シリアルポート CPUボード シリアル通信 リアルタイム性の確保 PIC PIC 超音波センサー モーター シリアル通信 シリアル通信 回路を構築 超音波 センサーが占有 シリアルポート CPUボード シリアル通信 FPGAボード FPGAボード 現行FPGAボード PC-104仕様 FPGAボード(PC-104仕様) 開発環境 QuartusⅡ 注意点：出力方法をttf形式にすること FPGA周辺の構成 超音波 センサ USBカメラ CPUボード シリアル通信 シリアル通信 8bitデータバス FPGAボード シリアル通信 モーター コントロールボード モーター モーター ドーターボード ON/OFF ON/OFF ON/OFF TS IRS WS 信号処理モジュール FPGA センサーからの 信号は常時FPGA に送信されている IO センサー 12個 ・・ ・・ ・・ ・ ・×12 ・・ ・・ ・・ そ の 他 信 号 処 理 モ ジ ュ ー ル 動作 信号 動作 信号 16進数アドレス ア ド レ ス デ コ ー ダ センサー 信号 20bit アドレスバス CPU 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法 信号処理モジュール FPGA FPGA上の信号処理 モジュールで保持する IO センサー 12個 ・・ ・・ ・・ ・ ・×12 ・・ ・・ ・・ そ の 他 信 号 処 理 モ ジ ュ ー ル 動作 信号 動作 信号 16進数アドレス ア ド レ ス デ コ ー ダ センサー 信号 20bit アドレスバス CPU 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法 信号処理モジュール FPGA そ の 他 IO センサー 12個 ・・ ・・ ・・ ・ ・×12 ・・ ・・ ・・ 信 号 処 理 モ ジ ュ ー ル 動作 信号 動作 信号 16進数アドレス ア ド レ ス デ コ ー ダ センサー 信号 20bit アドレスバス CPU 信号の受信要求 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法 信号処理モジュール FPGA そ の 他 IO センサー 12個 ・・ ・・ ・・ ・ ・×12 ・・ ・・ ・・ 信 号 処 理 モ ジ ュ ー ル 動作 信号 動作 信号 16進数アドレス ア ド レ ス デ コ ー ダ センサー 信号 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 動作アドレス 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法 信号処理モジュール FPGA そ の 他 IO センサー 12個 ・・ ・・ ・・ ・ ・×12 ・・ ・・ ・・ 信 号 処 理 モ ジ ュ ー ル 動作 信号 動作 信号 16進数アドレス ア ド レ ス デ コ ー ダ センサー 信号 20bit アドレスバス CPU 指定したセンサの 信号を読み取る 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法 信号処理モジュール FPGA そ の 他 IO センサー 12個 ・・ ・・ ・・ ・ ・×12 ・・ ・・ ・・ 信 号 処 理 モ ジ ュ ー ル 動作 信号 動作 信号 16進数アドレス ア ド レ ス デ コ ー ダ センサー 信号 20bit アドレスバス CPU 8bitで12個のセンサー信号 は一度に処理できない 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法 信号処理モジュール FPGA 信号処理 モジュールで対処 IO センサー 12個 ・・ ・・ ・・ ・ ・×12 ・・ ・・ ・・ そ の 他 信 号 処 理 モ ジ ュ ー ル 動作 信号 動作 信号 16進数アドレス ア ド レ ス デ コ ー ダ センサー 信号 20bit アドレスバス CPU 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法 信号処理モジュールの詳細 12個のセンサー信号を 8bitと4bitに分割 信号処理モジュールの詳細 8bit データバス8bit INDATA[0～7] 12個のセンサー信号を 8bitと4bitに分割 INDATA[8～11] 4bit DLATCH回路内で保持 DLATCH回路の構成 D-flip flop 信号保持部 信号処理モジュールの詳細 INDATA[0～7] TIP_ADD0 １のとき、DLATCH 回路が動作する TIP_ADD1 INDATA[8～11] 読みたい信号によって動作 させるDLATCHを選択 信号処理モジュールの詳細 TIP_ADDが1のとき、 スリーステートから センサ信号が出力 される スリーステート スリーステート Y X Z X (INDATA) Y (TIP_ADD) Z (B_SD) 0 0 1 0 1 0 ハイインピーダンス 0 ハイインピーダンス 1 1 1 信号処理モジュールの詳細 データバス8bit 8bit B_IORN LOWのとき、CPU が信号を受信する 4bit 12bitのセンサー信号を8bit のデータバスで送信可能 アドレスデコーダ（VHDLにより記述） FPGA 標準機では信号処理 モジュールのみ選択 他のモジュールを実装 する時はアドレスデ コーダの再設計が必要 IO センサー 12個 ・・ ・・ ・・ ・ ・×12 ・・ ・・ ・・ 16進数アドレス そ の 他 信 号 処 理 モ ジ ュ ー ル 動作 信号 動作 信号 ア ド レ ス デ コ ー ダ センサー 信号 20bit アドレスバス CPU 8bit データバス 12bit センサー信号 VHDLの内容 ① ポートの定義 入力／出力ピンの設定 ② アーキテクチャの宣言 入力されるビット数の定義 ③ ケース文の定義 アドレスバス20ビットに対応する動作をケース文にて定義 TIP_ADD0 0 1 0 TIP_ADD1 0 0 1 ※ 赤外線等を追加するときには、ケース文を追加する