工業控制中往往需要完成多通道故障檢測及多通道命令控制（這種多任務設置非常普遍），單獨的cpu芯片由于其外部控制接口數量有限而難以直接完成多路檢控任務，故利用arm芯片與fpga相結合來擴展檢控通道是一個非常好的選擇。這里介紹用atmel公司arm7處理器（at91fr40162）和altera公司的低成本fpga芯片（cyclone2）結合使用完成多通道檢控任務的一種實現方法。

各部分功能簡介

　　圖1為此系統的結構連接框圖。如圖所示，arm芯片與fpga芯片之間通過數據總線、地址總線及讀寫控制線相連，而與終端pc則通過串口通信；fpga與目標設備通過命令控制總線和故障檢測總線相連。

圖1 系統結構框圖

1 故障檢測和命令控制部分

　　故障檢測：檢測通道的故障（正常）信號以高（低）電平方式指示，其一旦有故障產生就會保持高電平不變直到故障排除。針對這種特征，在arm控制器端采用定時中斷循環查詢方式來判斷故障通道的狀態。定時中斷程序通過對arm 地址總線在fpga中進行譯碼而順序鎖定被檢測通道的電平值，然后再經數據總線傳回arm進行判斷，最后將判斷結果送至遠程終端。采用主機查詢方式而不采用故障中斷方式出于兩個原因：一方面是通常控制芯片外部中斷源有限（多數為4個外部中斷源），對于多目標中斷信號檢測顯然是困難的；另一方面，由于檢測通道或設備受到短時干擾而產生電平隨機反轉，造成故障中斷觸發，而中斷觸發后又無法在通道電平恢復正常時撤銷故障信號，故而形成虛假報警。

　　命令控制：arm芯片先判斷主控端發來的控制命令，然后通過地址總線和數據總線將命令狀態發送至經fpga地址譯碼鎖定的控制通道上。

2 arm芯片與遠程檢測控制終端通信　　

　　由于只存在命令和故障狀態信號的收發，所以利用arm的串口實現與遠程pc的通信，通信標準選為rs232標準。不過，在arm芯片上要先將ttl電平通過max232芯片轉換為rs232電平標準，對于距離超過15m的全雙工通信，在發送接收兩端還要各加一對rs232轉rs422電平的轉換模塊，以增加通信距離。

3 fpga內部功能模塊說明

　　fpga內部檢測及控制電路結構關系如圖2所示。

圖2 fpga內部邏輯結構

　　arm芯片的addr2～0位地址線和片選使能信號一同進入譯碼器decode1進行地址譯碼后產生8路輸出（fpga內部可設置一個最大輸出為256路的譯碼模塊，所以在實際應用中可擴展為更多通道），低4路用于命令發送通道，高4路用于故障檢測通道，讀寫使能信號控制數據總線。

　　arm芯片接收到發送信號編碼命令時，立即在串口接收中斷服務子程序中并送相應地址（通道編號）和數據（命令狀態）到fpga中。譯碼器有效輸出作為相應通道d觸發器的鎖存時鐘，而數據狀態則被觸發器鎖定后作為所選通道的輸出完成相應控制。

　　arm芯片在定時中斷產生進入服務程序后對所有檢測通道輪流查詢，查詢到有通道故障時，故障信號結合選中通路信號經與非運算送往數據端口被讀取。

fpga程序設計注意問題

1延時的配置

　　通過地址總線和數據總線進行命令傳輸和故障檢測時，fpga是作為arm芯片的普通外設來使用的。而arm芯片對外設訪問的速度要遠低于片內存儲器，所以要在arm中設置訪問的正確等待周期。arm中提供的延時周期為0～7個，通過調試即可找到外設合適的等待周期，此系統的等待周期根據實際測試設置為5個，具體的配置方法見arm程序說明。

2 讀寫使能信號的連接

　　從圖2中可以看出，寫使能信號nwe及讀使能信號nrd應作為數據線（data0～5）的三態控制信號連接，即使在arm芯片無其他外設時也不能缺省。因為arm的上電加載程序時間要長于同一系統上fpga的程序配置時間，而fpga的檢測及控制通道與arm芯片的數據總線相連，fpga加載完成后數據總線會存有相應通道的邏輯電平值（不為三態），這就會導致arm芯片在對片內flash芯片燒寫程序或上電加載程序時與fpga沖突（數據被邏輯鎖定），造成無法正確定位操作對象而使讀寫失敗。

arm配置及應用程序說明

1 處理器的資源分配

存儲器

　　at91fr40162內嵌一個256kb的sram，1024k個16位字組成的flash存儲器。sram通過內部32位數據總線與arm核相連，單周期訪問，flash存儲器則通過外部總線訪問。

系統外圍

　　ebi：外部總線控制接口，ebi可尋址64mb的空間，通過8個片選線（ncs0～ncs3獨立）和24位地址線訪問外設，地址線高4位與片選線（ncs4～7）復用，數據總線可配置成8/16位兩種模式與外設接口。

　　pio：并口控制器，pio控制32根i/o線，多數為復用引腳，可通過編程選擇為通用或專