FPGAを用いたMG3用 インターフェース回路の解説

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1 FPGAを用いたMG3用 インターフェース回路の解説

2 FPGAについて オートパイロット機能を備えた航空機 産業用ロボット 出典：JALホームページ 出典：技術革新ハンドアックス

3 FPGAについて FPGA ・ハードウェアの高速性 ・ソフトウェアの持つ柔軟性 FPGA (アルテラ社) オートパイロット機能を備えた航空機
産業用ロボット FPGA ・ハードウェアの高速性 ・ソフトウェアの持つ柔軟性 出典：JALホームページ FPGA (アルテラ社) 出典：技術革新ハンドアックス

4 MG3：MIRS Generation3の特徴
第2世代に比べプラットフォームが大幅に変更されている ＜特徴＞ ・OSの変更（搭載機器の増設が可能となった） ・USBカメラ ・無線LANアダプタ ・PICを用いた超音波センサ ・PICを用いたモーター駆動

5 OSについて RT-Linux ver2.3 CentOS 5.2 変更 OSによるリアルタイム処理が可能
旧MIRS 現行MIRS 変更 RT-Linux ver2.3 CentOS 5.2 OSによるリアルタイム処理が可能 OSによるリアルタイム　処理は不可能

6 OSについて RT-Linux ver2.3 CentOS 5.2 変更 しかし・・・・ 超音波センサーとモータは リアルタイム性が必要
旧MIRS 現行MIRS 変更 RT-Linux ver2.3 CentOS 5.2 OSによるリアルタイム処理が可能 OSによるリアルタイム　処理は不可能 しかし・・・・ 超音波センサーとモータは リアルタイム性が必要 PICを用いて　　　　リアルタイム性を確保

7 リアルタイム性の確保 PIC PIC CPUボード 超音波センサー モーター データを逐次的に送るシリアル通信が必要 シリアル通信

8 リアルタイム性の確保 PIC PIC CPUボード 超音波センサー モーター シリアルポート シリアル通信 シリアルポートが不足している
超音波　　　　センサーが占有 シリアルポート CPUボード

9 リアルタイム性の確保 PIC PIC CPUボード 超音波センサー モーター FPGAボード シリアルポート シリアル通信 シリアル通信
シリアル通信　　回路を構築 超音波　　　　センサーが占有 FPGAボード シリアルポート CPUボード

10 FPGAボード 現行FPGAボード 開発環境 PC-104仕様 QuartusⅡ 注意点：出力方法をttf形式にすること

11 FPGA周辺の構成 FPGAボード ドーターボード モーター コントロールボード TS IRS WS モーター モーター 超音波 センサ
CPUボード USBカメラ シリアル通信 シリアル通信 8bitデータバス FPGAボード ドーターボード シリアル通信 モーター コントロールボード ON/OFF ON/OFF ON/OFF TS IRS WS モーター モーター

12 センサーからの 信号は常時FPGAに送信されている FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法
信号処理モジュール FPGA 16進数アドレス センサーからの　　信号は常時FPGAに送信されている その他 動作 信号 アドレスデコーダ 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 動作 信号 ・・・・・・・・・・・・・・ IO センサー 12個 ×12 センサー 信号 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法

13 FPGA上の信号処理 モジュールで保持する FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法
信号処理モジュール FPGA 16進数アドレス その他 FPGA上の信号処理　モジュールで保持する 動作 信号 アドレスデコーダ 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 動作 信号 ・・・・・・・・・・・・・・ IO センサー 12個 ×12 センサー 信号 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法

14 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法
信号処理モジュール FPGA 16進数アドレス その他 動作 信号 アドレスデコーダ 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 信号の受信要求 動作 信号 ・・・・・・・・・・・・・・ IO センサー 12個 ×12 センサー 信号 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法

15 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法
信号処理モジュール FPGA 16進数アドレス その他 動作 信号 アドレスデコーダ 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 信号処理モジュール動作アドレス 動作 信号 ・・・・・・・・・・・・・・ IO センサー 12個 ×12 センサー 信号 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法

16 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法
信号処理モジュール FPGA 16進数アドレス その他 動作 信号 アドレスデコーダ 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 指定したセンサの信号を読み取る 動作 信号 ・・・・・・・・・・・・・・ IO センサー 12個 ×12 センサー 信号 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法

17 8bitで12個のセンサー信号は一度に処理できない FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法
信号処理モジュール FPGA 16進数アドレス その他 動作 信号 アドレスデコーダ 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 動作 信号 8bitで12個のセンサー信号は一度に処理できない ・・・・・・・・・・・・・・ IO センサー 12個 ×12 センサー 信号 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法

18 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法
信号処理モジュール FPGA 16進数アドレス その他 信号処理　　　　　　モジュールで対処 動作 信号 アドレスデコーダ 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 動作 信号 ・・・・・・・・・・・・・・ IO センサー 12個 ×12 センサー 信号 8bit データバス 12bit センサー信号 FPGAを経由したセンサーとCPUの通信方法

19 信号処理モジュールの詳細 12個のセンサー信号を8bitと4bitに分割

20 信号処理モジュールの詳細 INDATA[0～7] INDATA[8～11] 12個のセンサー信号を8bitと4bitに分割
DLATCH回路内で保持

21 DLATCH回路の構成 D-flip flop 信号保持部

22 読みたい信号によって動作させるDLATCHを選択
信号処理モジュールの詳細 INDATA[0～7] TIP_ADD0 １のとき、DLATCH回路が動作する 読みたい信号によって動作させるDLATCHを選択 TIP_ADD1 INDATA[8～11]

23 TIP_ADDが1のとき、スリーステートから センサ信号が出力 される
信号処理モジュールの詳細 TIP_ADDが1のとき、スリーステートから　センサ信号が出力　される スリーステート

24 スリーステート Y X Z X (INDATA) Y (TIP_ADD) Z (B_SD) ハイインピーダンス 1

25 12bitのセンサー信号を8bitのデータバスで送信可能
信号処理モジュールの詳細 8bit データバス8bit 4bit B_IORN 12bitのセンサー信号を8bitのデータバスで送信可能 LOWのとき、CPUが信号を受信する

26 他のモジュールを実装する時はアドレスデコーダの再設計が必要
アドレスデコーダ（VHDLにより記述） FPGA 標準機では信号処理　モジュールのみ選択 他のモジュールを実装する時はアドレスデコーダの再設計が必要 16進数アドレス その他 動作 信号 アドレスデコーダ 20bit アドレスバス CPU 信号処理モジュール 動作 信号 ・・・・・・・・・・・・・・ IO センサー 12個 ×12 センサー 信号 8bit データバス 12bit センサー信号

27 VHDLの内容 ① ポートの定義 入力／出力ピンの設定 ② アーキテクチャの宣言 入力されるビット数の定義 ③ ケース文の定義
　　入力／出力ピンの設定 ② アーキテクチャの宣言 　　入力されるビット数の定義 ③ ケース文の定義 　　アドレスバス20ビットに対応する動作をケース文にて定義 ※ 赤外線等を追加するときには、ケース文を追加する　 TIP_ADD0 1 TIP_ADD1