基于AMBA总线面向电机控制专用SoC的IP核设计

摘要

随着科学技术的发展，电机在人们日常生活及工业控制中的应用越来越广泛，人们对电机性能的要求也越来越高。电机芯片在运算、大容量存储，可靠性等方面的需求越来越大。现有的电机控制芯片受限于自身的资源及处理能力，一些精确的电机控制算法，如矢量控制等，都不能得到很好实现。由此，本文旨在开发出自主可控，配置灵活，能有效提升电机芯片整体性能的面向电机控制专用SoC的IP核。
　　本文首先介绍了电机控制专用SoC的整体架构，然后介绍协处理单元、Nor Flash控制器和PWM单元三个IP核的具体实现。为了满足精确电机控制算法的需求，协处理单元集成了除法运算和Cordic算法。除法运算单元的预移位处理模块能有效减少除法运算周期，平均计算速度提升50%左右。针对电机控制专用SoC的高可靠性要求，本设计中的Nor Flash控制器支持代码保护机制和ECC容错，同时为了提升读取速度，支持连续地址的快速读取模式，有效减少内核对 Flash的访问周期，将访问时间减少25%左右。为了满足电机控制在电力电子方面的各种应用，高可靠性和灵活性的需求，本设计中 PWM单元支持多种寄存器的配置，死区插入，事件驱动和故障区域检测等，通用性和可复用性非常广泛。
　　本次设计基于Verilog语言完成协处理单元、Nor Flash控制器和PWM三个IP核的开发。然后使用NCSim仿真套件基于Cortex m0内核搭建仿真平台，实现软硬件协同仿真，对所设计的IP软核完成系统级的仿真和验证。最后使用Design Compiler综合工具对整个架构进行综合，综合目标频率为60MHz，满足要求，三个 IP软核在增加少量控制逻辑的前提下，使得电机芯片的整体性能有较大提升。最后，基于FPGA开发板对三个IP核进行板级验证，验证结果满足预期目标。

目录

声明

第一章 绪论

1.1电机控制专用SoC研究背景

1.2本文的研究意义和内容

1.3论文的组织结构

第二章 整体架构与AMBA协议分析

2.1 SoC整体架构

2.2 AHB总线协议

2.3 APB总线协议

2.4本章小结

第三章 基于AMBA总线的IP核设计

3.1协处理单元设计

3.2 Nor Flash控制器设计

3.3 PWM设计

3.4本章小结

第四章 功能验证与性能分析

4.1功能验证

4.2性能分析

4.3 FPGA验证

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

参考文献

致谢

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