现场可配置片上系统TA7V05的应用研究
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；
*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。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。
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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；
*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。
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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。
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