硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

OpenRISC1200可編程片上系統(tǒng)IP核 FPGA

SoC（System on Chip）片上系統(tǒng)是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展方向，它將原先分立的多個(gè)芯片集成在一塊芯片上，通過提高芯片的集成度、減少系統(tǒng)芯片的數(shù)量和相互之間的PCB連線、減少PCB面積來降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，同時(shí)使系統(tǒng)的性能、功能和可靠性都有很大的提高。隨著新型的高性能、低成本FPGA的出現(xiàn)和綜合技術(shù)的提高，基于FPGA的SoPC(System on Programmable Chip)可編程片上系統(tǒng)正逐步走向市場(chǎng)。基于FPGA的SoPC與基于ASIC技術(shù)的SoC相比，具有設(shè)計(jì)周期短、產(chǎn)品上市速度快、設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)計(jì)成本低、集成度高、靈活性大、維護(hù)和升級(jí)方便、硬件缺陷修復(fù)和排除簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。因此基于FPGA和包括32位CPU在內(nèi)的各種IP核的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用開發(fā)將是下一代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

順應(yīng)這個(gè)潮流，F(xiàn)PGA器件的方要供應(yīng)商Altera和Xilinx都推出了各自的SoPC解決方案：Nios系統(tǒng)和MicroBlaze系統(tǒng)。它們功能強(qiáng)大、開發(fā)環(huán)境和配套IP核完善，是工程應(yīng)用的首選。但是它們只能用在各自廠商的FPGA上，不但配套IP核價(jià)格昂貴，而且用戶無法獲得所有源代碼，不利于我國(guó)SoPC技術(shù)的發(fā)展。2100433B

----硬件平臺(tái)是SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。使由工程開發(fā)系統(tǒng)所開發(fā)的且使用了實(shí)時(shí)軟件模塊的應(yīng)用程序可以運(yùn)行在不同的硬件平臺(tái)上，用戶可以選擇最適合自己機(jī)器的硬件平臺(tái)。 ----SIMOTION的不同之處在于，可按任務(wù)層次劃分的系統(tǒng)，具有靈活的功能，且使用同一種工程開發(fā)工具。 ----SIMOTION 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可連接三種硬件平臺(tái)，即： ----SIMOTION D-集成在驅(qū)動(dòng)器中的緊湊型系統(tǒng)。SIMOTION D的功能是集成在新的SINAMICS S120多軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制模板上。使之成為一個(gè)極其緊湊的擁有控制器及驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)。將運(yùn)動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)器功能集成在一起，使得系統(tǒng)具有極快的響應(yīng)速度。 典型應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)其緊湊的設(shè)計(jì)，以及集成于驅(qū)動(dòng)器上這一特點(diǎn)，SIMOTION D特別適用于： 小型機(jī)械 分布式自動(dòng)化結(jié)構(gòu)，例如擁有多軸的機(jī)器 模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)器，也可以與SIMOTION P或SIMOTION C配合使用 實(shí)時(shí)性要求極高的多軸耦合應(yīng)用 SIMOTION C -模塊化與靈活性

----SIMOTION C230-2控制器是裝配在S7-300機(jī)殼中。它具有四個(gè)模擬量接口用于連接驅(qū)動(dòng)器，并且?guī)в腥舾蓴?shù)字量輸入及輸出端口。此外，C230-2可以擴(kuò)展S7-300的I/O模板及功能模板。C230-2帶有兩個(gè)具有時(shí)鐘同步的PROFIBUS接口以及一個(gè)以太網(wǎng)接口，提供了多種通訊方式的選擇。 典型應(yīng)用領(lǐng)域

模塊化的設(shè)計(jì)使得C230-2具有極高的靈活性，可以滿足許多應(yīng)用領(lǐng)域的要求： 對(duì)驅(qū)動(dòng)器的選擇具有最高的靈活性 極寬的過程信號(hào)范圍 SIMOTION P -針對(duì)需要開放性的任務(wù)

----SIMOTION P350是一個(gè)基于PC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。它采用具有實(shí)時(shí)處理能力的Windows NT操作系統(tǒng)。

----除了SIMOTION控制任務(wù)之外，其它的PC應(yīng)用程序也能執(zhí)行。例如：操作員監(jiān)控、過程數(shù)據(jù)分析、標(biāo)準(zhǔn)PC應(yīng)用等。 典型應(yīng)用領(lǐng)域

開放性及工業(yè)PC技術(shù)使得P350特別適用于： 要求開放式PC環(huán)境的場(chǎng)合 要求在同一硬件平臺(tái)上既執(zhí)行控制又進(jìn)行顯示的場(chǎng)合 要求具有方便的數(shù)據(jù)管理、分析及報(bào)表的場(chǎng)合 對(duì)遠(yuǎn)程診斷及遠(yuǎn)程操作員控制要求很高的場(chǎng)合 ----這樣，每種硬件平臺(tái)都具有針對(duì)某些特定應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。而不同的硬件平臺(tái)可以組合在一起用于處理復(fù)雜的控制任務(wù)。不同的硬件平臺(tái)永遠(yuǎn)具有相同的系統(tǒng)資源，其功能及工程開發(fā)總是相同的。

選型手冊(cè)下載

dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是由德國(guó)dSPACE公司開發(fā)的一套基于MATLAB/Simulink的控制系統(tǒng)開發(fā)及半實(shí)物仿真軟硬件工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了和MATLAB/Simulink/RTW的完全無縫連接。dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)擁有實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，擴(kuò)充性好等優(yōu)點(diǎn)。

dSPACE中的處理器運(yùn)算性能強(qiáng)大，并且I/0接口十分豐富，用戶可根據(jù)需要自行組合;軟件環(huán)境功能強(qiáng)大而又靈活，提供自動(dòng)生成代碼及調(diào)試和下載等一系列的功能，在快速控制原型控制仿真方而，dSPACE允許反復(fù)修改模型設(shè)計(jì)，進(jìn)行離線及實(shí)時(shí)仿真，可在設(shè)計(jì)之初就將錯(cuò)誤修正，節(jié)省設(shè)計(jì)費(fèi)用。使用RCP技術(shù)，可以在費(fèi)用和性能之間進(jìn)行折衷。通過將快速原型硬件系統(tǒng)和所要控制的實(shí)際設(shè)備相連接，可以反復(fù)研究使用不同傳感器及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)系統(tǒng)的性能特征。而且，還可以利用旁路技術(shù)將原型控制單元或控制器集成于開發(fā)過程中，從而逐步完成從原型控制器到產(chǎn)品型控制器的順利轉(zhuǎn)換。

在硬件在回路仿真方面，dSPACE平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的極限測(cè)試，失效測(cè)試。

RTLAB實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

RT-LAB是加拿大名為Opal-RT公司推出的一款工業(yè)級(jí)的系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)軟件包。

該平臺(tái)能在短時(shí)間內(nèi)以較低的成本建立實(shí)時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，簡(jiǎn)化工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，具有靈活、高效、可測(cè)量等優(yōu)勢(shì)。

RT -LAB完全集成MATLAB/Simulink和MATRIXx/SystemBuild，已有的動(dòng)態(tài)系RT-LAB所用;采用分布式處理的專業(yè)化塊設(shè)計(jì);且該平臺(tái)使用戶能方便地將目標(biāo)模型分割為幾個(gè)子系統(tǒng)，便于并行處理，集成豐富的第三方代碼庫(kù);提供豐富的應(yīng)用程序編程接口，便于用戶開發(fā)自定義應(yīng)用;使用LabVIEW等工具可以創(chuàng)建定制的功能和測(cè)試界而;支持1000余種I/0設(shè)備，提供高度優(yōu)化的硬件實(shí)時(shí)調(diào)度程序。

NI硬件在環(huán)仿真平臺(tái)

NI開發(fā)的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)幫助用戶節(jié)省了在汽車研發(fā)到生產(chǎn)各個(gè)階段耗費(fèi)的時(shí)間和成本。憑借業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的I/0、靈活現(xiàn)成的硬件、強(qiáng)大高效的LabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶可以創(chuàng)建各種應(yīng)用的解決方案。

NI開發(fā)了基于PXI實(shí)時(shí)控制器的硬件在環(huán)仿真方案。PXI全稱為面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展，結(jié)合了PCI的電氣總線特性和通用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能和高性價(jià)比，提供了一種高性能、低成本的虛擬儀器測(cè)試方案。

仿真模型建立在PXI實(shí)時(shí)控制器之中，NI提供FPGA模塊以適應(yīng)更高動(dòng)態(tài)性能和更高精度的模型應(yīng)用需求。NI硬件在環(huán)仿真平臺(tái)具有開放的軟硬件技術(shù)架構(gòu)，可以減少工程師的開發(fā)時(shí)間、成本和風(fēng)險(xiǎn)。在支持第三方硬件和軟件建模工具的同時(shí)，NI還提供一系列高性能模擬和數(shù)字I/0設(shè)備，CAN,LIN和FlexRay總線接口，故障注入硬件等，便于用戶高效實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。基于開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用戶總能將最新的PC技術(shù)用在自己的HIL測(cè)試系統(tǒng)中。同時(shí)，HIL測(cè)試系統(tǒng)的可擴(kuò)展性滿足了多種快速變化的需求，以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展所帶來的測(cè)試挑戰(zhàn)。

PCB設(shè)計(jì)是以電路原理圖為依據(jù)實(shí)現(xiàn)硬件電路的功能，此外還應(yīng)滿足可生產(chǎn)性、可測(cè)試性、安規(guī)、EMC、EMI等技術(shù)規(guī)范要求，以構(gòu)建產(chǎn)品的工藝、技術(shù)、質(zhì)量和成本優(yōu)勢(shì)。

硬件電路設(shè)計(jì)制作物理邊框

封閉的物理邊框是PCB設(shè)計(jì)的基本平臺(tái)，對(duì)后續(xù)的自動(dòng)布局和布線起著約束作用。繪制物理邊框時(shí)一定要精確，以免出現(xiàn)安裝問題。使用圓弧邊框可以減少應(yīng)力導(dǎo)致PCB板斷裂的現(xiàn)象，也能避免尖腳劃傷人員。

硬件電路設(shè)計(jì)引入元器件和網(wǎng)絡(luò)

引入元器件和網(wǎng)絡(luò)是將原理圖中的元器件和網(wǎng)絡(luò)等信息引入到物理邊框內(nèi)，為布局和布線做準(zhǔn)備。在更新PCB之前，應(yīng)確認(rèn)原理圖中與PCB關(guān)聯(lián)的所有元器件的封裝庫(kù)均可用。

硬件電路設(shè)計(jì)元器件布局

元器件的布局與布線對(duì)產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容等都有很大的影響。布局常用的規(guī)則有：

（1）元器件的放置順序。先放置與電路結(jié)構(gòu)有關(guān)的需固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關(guān)、連接件等，最好將其位置鎖定，以免被誤移動(dòng)；再放置電路中的特殊元器件，如發(fā)熱元件、大體積元件、IC等；最后放置小元件。

（2）元器件的安放位置。首先應(yīng)考慮特殊元器件的安放位置，例如發(fā)熱元件要盡量靠邊放置以便散熱，且不宜集中放置，并遠(yuǎn)離電解電容；去耦電容要盡量靠近IC的電源管腳，并力求與電源和地之間形成的回路最短。其次應(yīng)考慮信號(hào)的隔離問題，例如高電壓、大電流的強(qiáng)信號(hào)與低電壓、小電流的弱信號(hào)應(yīng)完全分開；模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開；高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開等。非特殊元器件的布局應(yīng)使總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號(hào)線最短。結(jié)構(gòu)相同的電路可采用對(duì)稱式設(shè)計(jì)以提高設(shè)計(jì)效率、減小出錯(cuò)率，并節(jié)省調(diào)試時(shí)電路的辨識(shí)時(shí)間。布局應(yīng)留有足夠的工藝邊，以免干涉PCB板的正常傳送。

（3）元器件的放置方向。在設(shè)計(jì)許可的條件下，同類元器件應(yīng)按相同方向排列，相同封裝的元器件等距離放置，以便元件貼裝、焊接、測(cè)試和返修。

硬件電路設(shè)計(jì)電路板布線

合理的布線可以有效減少外部環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾以及各種內(nèi)部信號(hào)之間的相互干擾，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也便于查找故障原因和維護(hù)工作，提高產(chǎn)品的可用性。布線常用的規(guī)則有：

（1）布線的位置。布線應(yīng)盡量走在焊接面；模擬部分和數(shù)字部分的地和電源應(yīng)分開布線；大電流、高電壓信號(hào)與小信號(hào)之間應(yīng)注意隔離；盡量少用過孔、跳線；布線也應(yīng)留有足夠的工藝邊。

（2）布線的寬度與長(zhǎng)度。除地線外，在同一塊PCB板上導(dǎo)線的寬度應(yīng)盡可能均勻一致，避免突然變粗或變細(xì)。電源線和地線的寬度要求可以根據(jù)1mm的線寬最大對(duì)應(yīng)1A 的電流來計(jì)算，電源和地構(gòu)成的環(huán)路應(yīng)盡量小；在可能的條件下電路的連線應(yīng)盡量短，這樣有利于降低線路阻抗，也可減弱由于連線引起的各種干擾效應(yīng)。

（3）布線的角度。布線時(shí)應(yīng)避免銳角、直角，宜采用135°或圓角布線。