FPGA を用いた MG3 用 インターフェース回路の解説

FPGAFPGA を用いたを用いた MG3MG3 用用インターフェース回路の解説インターフェース回路の解説

FPGAFPGA についてについて

出典：技術革新ハンドアックス出典：技術革新ハンドアックス

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：出典： JALJAL ホームペーホームページジ

FPGAFPGA についてについて

出典：技術革新ハンドアックス出典：技術革新ハンドアックス

FPGAFPGA

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

出典：出典： JALJAL ホームページホームページ

・ハードウェアの高速性

・ソフトウェアの持つ柔軟性

MG3MG3 ：： MIRS Generation3MIRS Generation3の特徴の特徴

・ 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

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＞

OSOS についてについて

RT-Linux ver2.3変更

旧旧 MIRSMIRS

CentOS 5.2現行現行 MIRSMIRS

OS によるリアルタイム　処理は不可能

OS によるリアルタイム処理が可能

OSOS についてについて

RT-Linux ver2.3変更

旧旧 MIRSMIRS

CentOS 5.2現行現行 MIRSMIRS

OS によるリアルタイム　処理は不可能

OS によるリアルタイム処理が可能

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

PICPIC を用いて　　　　を用いて　　　　リアルタイム性を確保リアルタイム性を確保

リアルタイム性の確保リアルタイム性の確保

超音波センサーPIC

モーターPIC

シリアル通信 シリアル通信データを逐次的データを逐次的に送るシリアルに送るシリアル通信が必要通信が必要

CPU ボード

リアルタイム性の確保リアルタイム性の確保

超音波センサーPIC

モーターPIC

シリアル通信 シリアル通信

CPU ボードシリアルポート

超音波　　　　超音波　　　　センサーが占有センサーが占有

シリアルポートがシリアルポートが不足している不足している

リアルタイム性の確保リアルタイム性の確保

超音波センサーPIC

モーターPIC

シリアル通信シリアル通信

CPU ボードシリアルポート

超音波　　　　超音波　　　　センサーが占有センサーが占有 FPGA ボード

シリアル通信　　シリアル通信　　回路を構築回路を構築

FPGAFPGA ボードボード現行 FPGA ボー

ドPC-104 仕様

FPGA ボード (PC-104 仕様 )

開発環境QuartusⅡQuartusⅡ

注意点：出力方法を注意点：出力方法を ttfttf 形式にすること形式にすること

CPU ボード USB カメラ

超音波センサ

FPGA ボード

モーターコントロールボード

ドーターボード

モーター

シリアル通信

TS IRS WS

ON/OFF

シリアル通信 シリアル通信

モーター

ON/OFF ON/OFF

FPGAFPGA 周辺の構成周辺の構成

8bit データバス

信号処理モジュール信号処理モジュールFPGAFPGA

信号処理モ

信号処理モ

ジュー

ル

ジュー

ル

アドレスデ

アドレスデ

コー

ダ

コー

ダ CPUCPU

IOIOセンサーセンサー

1212 個個

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・

・・・・

×12×12

20bit20bit アドレスバアドレスバスス

動作動作信号信号

センサーセンサー信号信号

1616 進数アドレス進数アドレス

8bit8bit データバデータバスス

12bit 12bit センサー信号センサー信号

その他

その他

動作動作信号信号

FPGAを経由したセンサーと CPUの通信方法

センサーからの　　信号は常時

FPGA に送信されている

信号処理モジュール信号処理モジュールFPGAFPGA

信号処理モ

信号処理モ

ジュー

ル

ジュー

ル

アドレスデ

アドレスデ

コー

ダ

コー

ダ CPUCPU

IOIOセンサーセンサー

1212 個個

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・

・・・・

×12×12

20bit20bit アドレスバアドレスバスス

動作動作信号信号

センサーセンサー信号信号

1616 進数アドレス進数アドレス

8bit8bit データバデータバスス

12bit 12bit センサー信号センサー信号

その他

その他

動作動作信号信号

FPGAを経由したセンサーと CPUの通信方法

FPGA 上の信号処理　モジュールで保持

する

信号処理モジュール信号処理モジュールFPGAFPGA

信号処理モ

信号処理モ

ジュー

ル

ジュー

ル

アドレスデ

アドレスデ

コー

ダ

コー

ダ CPUCPU

IOIOセンサーセンサー

1212 個個

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・

・・・・

×12×12

20bit20bit アドレスバアドレスバスス

動作動作信号信号

センサーセンサー信号信号

1616 進数アドレス進数アドレス

8bit8bit データバデータバスス

12bit 12bit センサー信号センサー信号

その他

その他

動作動作信号信号

FPGAを経由したセンサーと CPUの通信方法

信号の受信要求

信号処理モジュール信号処理モジュールFPGAFPGA

信号処理モ

信号処理モ

ジュー

ル

ジュー

ル

アドレスデ

アドレスデ

コー

ダ

コー

ダ CPUCPU

IOIOセンサーセンサー

1212 個個

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・

・・・・

×12×12

20bit20bit アドレスバアドレスバスス

動作動作信号信号

センサーセンサー信号信号

1616 進数アドレス進数アドレス

8bit8bit データバデータバスス

12bit 12bit センサー信号センサー信号

その他

その他

動作動作信号信号

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動作アドレス

信号処理モジュール信号処理モジュールFPGAFPGA

信号処理モ

信号処理モ

ジュー

ル

ジュー

ル

アドレスデ

アドレスデ

コー

ダ

コー

ダ CPUCPU

IOIOセンサーセンサー

1212 個個

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・

・・・・

×12×12

20bit20bit アドレスバアドレスバスス

動作動作信号信号

センサーセンサー信号信号

1616 進数アドレス進数アドレス

8bit8bit データバデータバスス

12bit 12bit センサー信号センサー信号

その他

その他

動作動作信号信号

FPGAを経由したセンサーと CPUの通信方法

指定したセンサの信号を読み取

る

信号処理モジュール信号処理モジュールFPGAFPGA

信号処理モ

信号処理モ

ジュー

ル

ジュー

ル

アドレスデ

アドレスデ

コー

ダ

コー

ダ CPUCPU

IOIOセンサーセンサー

1212 個個

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・

・・・・

×12×12

20bit20bit アドレスバアドレスバスス

動作動作信号信号

センサーセンサー信号信号

1616 進数アドレス進数アドレス

8bit8bit データバデータバスス

12bit 12bit センサー信号センサー信号

その他

その他

動作動作信号信号

FPGAを経由したセンサーと CPUの通信方法

8bit8bit でで 1212 個のセン個のセンサー信号は一度に処理でサー信号は一度に処理で

きないきない

信号処理モジュール信号処理モジュールFPGAFPGA

信号処理モ

信号処理モ

ジュー

ル

ジュー

ル

アドレスデ

アドレスデ

コー

ダ

コー

ダ CPUCPU

IOIOセンサーセンサー

1212 個個

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・

・・・・

×12×12

20bit20bit アドレスバアドレスバスス

動作動作信号信号

センサーセンサー信号信号

1616 進数アドレス進数アドレス

8bit8bit データバデータバスス

12bit 12bit センサー信号センサー信号

その他

その他

動作動作信号信号

FPGAを経由したセンサーと CPUの通信方法

信号処理　　　　　　モジュールで

対処

信号処理モジュールの詳細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

信号処理モジュールの詳細信号処理モジュールの詳細

INDATA[0 ～7]

INDATA[8 ～11]

DLATCH 回路内で保持

8bit8bit

4bit4bit

12 個のセンサー信号を 8bit と 4bit に分

割

データバスデータバス8bit8bit

DLATCH 回路の構成

D-flip flop

信号保持部

信号処理モジュールの詳細信号処理モジュールの詳細

TIP_ADD0

TIP_ADD1 読みたい信号によって動作させる DLATCH を選択

INDATA[0 ～7]

INDATA[8 ～11]

１のとき、 DLATCH 回路が動作する

信号処理モジュールの詳細信号処理モジュールの詳細

スリーステート

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

X

スリーステートスリーステート

X (INDATA) Y (TIP_ADD) Z (B_SD)

0 0 ハイインピーダンス

0 1 0

1 0 ハイインピーダンス

1 1 1

Z

Y

信号処理モジュールの詳細信号処理モジュールの詳細

12bit のセンサー信号を8bit のデータバスで送信

可能

データバスデータバス 8bit8bit

4bit4bit

8bit8bit

B_IORN

LOW のとき、 CPU が信号を受信する

アドレスデコーダ（アドレスデコーダ（ VHDLVHDL により記により記述）述）

FPGAFPGA

信号処理モ

信号処理モ

ジュー

ル

ジュー

ル

アドレスデ

アドレスデ

コー

ダ

コー

ダ CPUCPU

IOIOセンサーセンサー

1212 個個

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・・

・・・・

・・・・

×12×12

20bit20bit アドレスバアドレスバスス

動作動作信号信号

センサーセンサー信号信号

1616 進数アドレス進数アドレス

8bit8bit データバデータバスス

12bit 12bit センサー信号センサー信号

その他

その他

動作動作信号信号

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

① ① ポートの定義ポートの定義　　入力／出力ピンの設定　　入力／出力ピンの設定

② ② アーキテクチャの宣言アーキテクチャの宣言　　入力されるビット数の定義　　入力されるビット数の定義

③ ③ ケース文の定義ケース文の定義　　アドレスバス　　アドレスバス 2020 ビットに対応する動作をケース文にビットに対応する動作をケース文に

て定義て定義

※ ※ 赤外線等を追加するときには、ケース文を追加する赤外線等を追加するときには、ケース文を追加する　　

VHDLVHDL の内容の内容

TIP_ADD0TIP_ADD0 0 1 0

TIP_ADD1TIP_ADD1 0 0 1