CN102637036A 说明书 4/4页 双口RAM实现。双口RAM是一种具有两套完全独立的数据线、地址线和读写控制线的SRAM 存储器，该存储器允许两个独立的系统同时对其进行随机性的访问。硬件设计上，双口RAM 控制器在FPGA内部通过编写Verilog程序实现，ARM9通过相应的硬件驱动实现对双口RAM 的访问。由图3可知，该模块利用FPGA的硬件资源建立一块数据存储区，从而用于实现两 个控制器的数据交换，ARM9将生成的决策指令存储在数据共享区内，并通知FPGA可以进行 数据的读取操作，当FPGA读取相应数据后，通知ARM9可以进行数据的更新，从而保证数据 的流畅性。 [0023]图4所示为本发明所述的步态生成器的内部功能结构图。FPGA芯片构成步态生 成器的核心单元，FPGA强大的并行运算能力能够很好的解决系统实时性的问题。在程序设 计方面，通过硬件描述语言进行设计，并可通过软件仿真，事先验证程序设计的正确性。步 态生成器内部嵌入了NiosII内核，用于实现CPG网络解算算法及其他通信模块的调用。在 CPG网络解算算法方面通过利用龙格库塔法求解微分方程组的方式实现。CPG网络解算模 块的输入参数由双口RAM模块在指定的数据存储区获取，解算后的结果通过CAN总线模块 进行数据封装并传输到CN总线上。步态生成器内部各功能模块的控制指令及数据通过 Avalon总线交换。 [0024]图5所示为本发明所述的CAN总线网络构架结构图。CAN总线的通信速率高，实 时性好，非常适合机器人各关节轴的协调运动控制，便于构成多节点的通信网络，同时克服 了其他多点通信总线协议接线复杂的缺点。CAN遵从ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、 数据链路层与应用层。采用双绞线作为通信介质，通信速率最高可达到IMbs,直接传输距 离最远可达1Okm。由DSP为主控芯片构成的执行驱动器及由FPGA为主控芯片构成的步态 生成器共同组成CAN总线上的节点，每个节点设备都一个ID,设备将根据报文的ID决定接 收或者屏蔽该报文。FPGA在向执行驱动器传递关节运动参数前，先将数据封装为指定的格 式，DSP接收到数据后进行解码，从而得到电机控制所需的参数。 [0025]图6所示为本发明所述的执行层系统结构图。选用了TI公司推出的数字信号处 理器TMS320F2812作为核心微处理器。该芯片的TMS320F2812除了具有其他DSP芯片所具 有的强大运算能力和实时响应能力外，片内还集成了大容量的Flash存储器和高速RAM,并 提供了许多片内外设和接口，如CAN接口、A/D转换接口、事件管理器、编码器接口电路等。 丰富的外设接口和硬件资源能够极大地降低控制器的自身尺寸。该芯片工作时所需要的电 压为3.3V的Flash电压和1.8V的内核电压，这在很大程度上降低了系统的能耗，为机器人 的长时间续航提供了一定基础。 [0026]在电机驱动电路设计上，为了提高系统的稳定性，选择美国国际整流器公司生产 的专用驱动芯片IR2130,IR2130可单独驱动三相桥式逆变电路的6个功率开关器件，从 而使驱动电路简单可靠。在驱动电路和微控制器电路之间通过高速光耦6N137进行光电 隔离以提高系统的抗干扰能力。微处理器通过CAN总线实现与步态生成器的通信。利用 TMS320F2812片内集成的事件管理器模块产生PWM控制信号，实时控制电机的转动。电机编 码器输出信号为差分信号，通过芯片AM26LS32将三组差分信号转换为A、B、Z三路TTL电平 信号，再接入微处理器的QP模块接口上，实现对电机转速信息的采集。在驱动电路接入采 样电阻，对电机的电流进行采样，并利用F2812内部的AD转换器将模拟量转化为数字量，提 供给内核芯片，实现电流环反馈控制