В рамках статьи был рассмотрен комплекс средств автоматизированного управления комплекса мобильных робототехнических средств. В состав комплекса входят роботы, которые управляются с автоматизированных рабочих мест (далее АРМ). Для поддержания связи АРМ с роботами многофункциональный конвертер интерфейсов (далее КИМ) коммутирует с радиостанциями по 15 каналам связи интерфейса RS-232 со скоростью 115200 бит в секунду, и с центром управления системой по интерфейсу Ethernet 100Мбит.
Сформулируем задачи, которые должен решать функциональный блок КИМ:
- Коммутация с радиостанциями по 15 каналам интерфейса RS-232 со скоростью 115200 бит в секунду и с центром управления системой по интерфейсу Ethernet 100Мбит;
- Конвертирование пакетов в форматы интерфейсов Ethernet и RS-232.
Для разработки функционального блока для многофункционального конвертера интерфейсов, первостепенной задачей стояла выбрать структурное решение для реализации.
Функциональный блок КИМ можно реализовать в одном из трёх структурных решений: на базе микроконтроллера (МК), на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), на базе МК и ПЛИС. Рассмотрим подробнее каждый из них.
1) Функциональный блок на основе микроконтроллера
Рисунок 1. Функциональный блок на базе МК
В данном варианте реализации (Рисунок 1) микроконтроллер берёт на себя задачи управления функциональным блоком КИМ. Необходимо совмещать реализацию обработки информации сразу с 15 каналов связи от блока RS-232 c управлением питания, сбором статистики, анализом команд и обработкой данных с канала Ethernet. Такое количество параллельных задач подразумевает большое число прерываний, что ведет к усложнению программного обеспечения, снижению надёжности и увеличению времени проектирования устройства. 15 RS каналов, требуют наличие 15 UART, чтобы микроконтроллер эффективно справлялся со всеми задачами. Анализируя рынок микроконтроллеров, максимальное количество UART на микроконтроллере было равно 12 (микроконтроллер NUC472KI8AE компании Nuvoton Technology). Следовательно, невозможно найти на текущий момент, микроконтроллер, имеющий в своём составе минимум 15 блоков UART.
2) Функциональный блок на основе ПЛИС
Рисунок 2. Функциональный блок на базе ПЛИС
Использование в качестве функционального блока программируемой логической интегральной схемы (Рисунок 2) имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием микроконтроллера. Среди преимуществ можно отметить относительную простоту обработки большого количества одновременно поступающих запросов, набор операционных устройств, комбинационных схем и цифровых автоматов ограничен лишь объемами конкретной ПЛИС. Однако применение ПЛИС несут с собой и ряд недостатков. Например, создание полностью функционирующего описания протокола Ethernet, ввиду его нетривиальности, требует значительных трудозатрат при проектировании и тестировании, вместе с этим надежность конечного устройства снижается.
3) Функциональный блок на основе ПЛИС и МК
Рисунок 3. Функциональный блок на базе ПЛИС и МК
Другой вариант реализации разрабатываемого блока представлен на рисунке 3. Он позволяет разделить выполняемые задачи между микроконтроллером и программируемой логической интегральной схемой. На микроконтроллер возлагаются задачи передачи/приёма данных по Ethernet. ПЛИС отвечает за задачи функционального блока КИМ, которые должны выполняться параллельно:
- Приём/передача и обработка данных с 15 каналов RS-232, и организация доступа микроконтроллера к полученным данным.
Такой вариант структурного решения, в отличие от первого варианта, позволяет снизить требования к характеристикам микроконтроллера и уменьшить время разработки. Микроконтроллер должен обладать только встроенным Ethernet модулем. А в отличие от второго, позволяет снизить сложности программирования ПЛИС.
Так как в данном варианте ПЛИС работает в паре с МК, то перед ними встаёт ещё одна задача – своевременный обмен данными[1]. Микроконтроллер должен успевать передавать и обрабатывать поток данных приходящий по Ethernet 100Мбит. Решением это задачи является наличие блока параллельного интерфейса передачи данных у микроконтроллера для обмена с ПЛИС.
В результате проведенного анализа, для снижения требований к компонентам функционального блока, сложности программного обеспечения и уменьшения времени проектирования устройства было принято решение использовать в качестве функционального блока КИМ связку ПЛИС и МК.
Библиографический список
- Беклемишев Д. Н., Орлов А. Н., Переверзев А. Л., Попов М. Г., Горячев А. В., Кононова А. И. Микропроцессорные средства и системы: курс лекций / Под ред. Ю. В. Савченко. — М.: МИЭТ, 2013. — 291 с.
Количество просмотров публикации: Please wait