Zynq-7000的柔性直流输电桥臂控制器设计

//设置I2C时钟频率

XIicPs_SetSClk(…);

//发送数据

iic_writex(…);

通过配置Sil9134的0x72基址和0x7A基址两个寄存器，初始化芯片硬件，进入正常工作模式。

3.2 启动AMP工作模式

Zynq—xc7z020芯片的ARM双核共享1G的DDR3内存、512K的L2 Cache和中断控制器，为了避免双核同时访问这些资源导致冲突，系统采用了以下措施：

①在CPU0上运行的Linux使用DDR3内存的低端768 MB空间，CPU1使用随后的255 MB内存空间，高端的1 MB空间用来存储FPGA读写的数据。

②CPU1禁用L2 Cache，CPU0上的Linux完全占用L2 Cache。

③FPGA发送给CPU1的中断使用私有中断控制器，发送给CPU0的中断使用共享中断控制器，两者互不干扰。

Linux内核在CPU0启动成功后，此时CPU1处于休眠状态，会一直轮询0xFFFF FFF0地址处的数值，非零就把读取到的数值装载到PC寄存器，跳转到对应的地址执行指令。CPU0通过Linux的devmem命令把CPU1的DDR3内存起始地址0x3000 0000写入0xFFFF FFF0，启动CPU1：devmem 0xFFFF FFF0 0x3000 0000。

CPU1启动后，在主函数注册中断服务函数，当FPGA的数据中断发生时进入中断函数，进行故障判断并生成控制指令。因为CPU1运行的是裸机程序，其中断响应时间要比运行Linux的CPU0响应时间短。

3. 3 系统软件升级

桥臂控制器在调试过程中经常需要对代码进行升级，而程序代码和FPGA的配置文件固化在外部Quad-SPIFlash中，通过开启CPU0上Linux的SSH和FTP服务，使用网口可以重新烧写Flash中的文件，步骤如下：

①PC电脑通过FileZilla Client(Windows下的ftp工具)登录Linux的ftp服务器，将新的烧写文件上传到Linux的文件系统下;

②PC电脑通过putty(Windows下的ssh工具)登录Linux的root账号;

③在putty界面下，使用Linux自带的flashcp命令将上传的文件烧写到外部Quad—SPI Flash。

桥臂控制器重启后，系统软件得到更新。

3.4 应用程序流程

系统程序流程如图4所示。

4 FPGA通信传输率测试

ARM和FPGA通过AXI4数据总线进行通信，数据带宽最高达到1 024位，本文主要测试了64位突发传输率。

对于64位突发传输，分别测试FPGA工作频率为50 MHz、100 MHz和150 MHz时，FPGA发送256个64位数据的用时，如表1所列。

由表1可以计算得出不同FPGA工作频率下，数据位宽为64位时的传输速率，如表2所列。

由表2可见，使用zynq—xc7z020芯片能够极大提高FPGA和ARM的数据传输速率。

结语

本文设计的桥臂控制器，采用Xilinx Zynq—xc7z020芯片，使用AXI总线取代了以前的DSP+FPGA数据总线方式，实测的最高数据传输率达到8.9 Gb/s，极大地改善了阀控系统数据通信的实时性，同时简化了控制板卡的硬件设计，降低了板卡功耗，提升了系统的运行稳定性。

利用芯片上集成的ARM Cortex-A9 MPCore双核处理器，搭建了AMP多系统架构，在保证系统实时响应FPGA中断的同时，移植了Linux操作系统，提供了人机交互界面，为桥臂控制器添加了新的控制功能，简化了柔性直流输电阀控系统的整体设计。