Vivado高效设计案例分享大赛---1. 实现一个PI调节器 控制系统, 调节器, 超越, 带宽, 而且

pengpengpang

PI调节器在控制系统是重要而且必不可少的环节，在PLL等对象的设计中也要用到。为了实现更好的性能，需要有很高的系统带宽，而可以显著提高带宽的方法就是提高采样频率和减小计算延迟，使用FPGA进行处理是非常合适的。特别是在Xilinx的ZYNQ SOC器件上，把PI调节器这样需要高计算性能的环节放在PL中处理，而把其它运行较慢的部分放在PS中，可以实现资源配置和性能的最优化。“好马配好鞍”，全新的器件也需要全更高效的设计方法和全新的综合、布局布线算法来处理这样复杂的逻辑，Vivado套件具备了超越可编程逻辑、实现可编程系统集成等功能，为我们方便地实现这样一种应用对象提供了强大支持。                这里使用了最新的Vivado2013.3套件进行开发，开发板则是安富利推出的MicroZed，关于此板的信息在我们社区里有详细的说明和测评。因为ZYNQ器件要先启动PS，然后再启动PL，所以在新建工程之后，首先要添加PS部分到设计中；这一过程只需要把PS当作一个IP核添加到系统中就可以了，相比原来需要在XPS中配置再导入PlanAhead的过程要简化了许多操作步骤，配置时间更是大大缩短了，这也是Vivado套件高度集成开发的优势之一。建立工程和添加PS做为IP的具体过程就不再重复了，在http://xilinx.eetrend.com/blog/4663和http://xilinx.eetrend.com/blog/4669中有详细的步骤。                然后在设计中输入PI调节器的代码，这里采用Verilog HDL进行编写，就其原理来说并不复杂，主要是把z域里的表达式以16位定点乘法、加法和必要的逻辑判断、限幅结合起来。Vivado套件的设计则是极为用户友好的，如图1所示。[[wysiwyg_imageupload:982:]]图1 Vivado开发环境                哪怕是一个没有使用过Vivado套件的新手，只要了解FPGA开发的基本流程，就可以很快上手Vivado了。图1左侧为设计流程导航器，很清楚的表明了开发的各个步骤。在新建工程之后，我们在Project Manager里可以方便、快捷地更改项目配置、添加新文件；如果需要添加IP，也无需像以前一样新建IP调用文件，然后编译半天，而是可以直接选择并创建，几乎不会再体验到编译xco文件的漫长过程了，例如我只用不到一分钟就完成了对于PS中CPU0的调用。设计文件输入完毕之后，紧接着就是仿真的设置和运行，结果也是直接显示在Vivado套件中，并且仿真速度非常快，并不像以前一样调用ISIM然后再启动、运行花费一些时间了；剩下的步骤包括综合、布局布线等则和传统的ISE菜单看起来类似，但是整个运行的时间和需要点击的步骤则是减小了很多；如果需要调用管脚分配、bit流烧写等，其速度也比启动外部的程序然后运行再返回减小了许多。                最后，给出一下RTL图，要知道不考虑输入PI调节器代码的时间，从新建工程到生成比特流文件，前后十几分钟就把这个复杂设计搞定了。如果你没用过Vivado，赶紧用起来吧，很快就能上升了；如果在用ISE开发7系列产品，也来体验一下Vivado的高效吧。                                                                                 [[wysiwyg_imageupload:983:]]