FPGA实现的嵌入式PLC处理器设计与仿真

"基于FPGA的嵌入式PLC微处理器设计 (2009年)" 本文探讨了一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的嵌入式PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）微处理器的设计方法。在当前的系统级芯片（SOC，System on Chip）设计中，FPGA因其灵活性、高速性能和低成本而被广泛用于构建高性能的嵌入式处理器。设计团队采用了VHDL（VHSIC Hardware Description Language，超大规模集成电路硬件描述语言）进行自顶向下的模块化设计，这是一种高效的设计策略，可以将复杂的系统分解为可管理的子模块。 在设计过程中，他们使用了VHDL语言来描述嵌入式PLC的CPU逻辑功能，通过原理图输入方式处理顶层设计。利用Altera的Quartus II软件进行仿真，以验证设计的正确性和性能。实验结果显示，这个基于FPGA的PLC处理器能够快速准确地响应嵌入式PLC的逻辑指令，而且比传统PLC处理器更加灵活，集成度更高。 文章详细介绍了设计背景和FPGA的优势，如直接面向用户、灵活性、通用性以及较低的开发成本和更快的市场投放时间。同时，VHDL作为硬件描述语言，允许设计者以行为方式描述系统逻辑，通过综合工具生成电路结构，再进行仿真验证，大大提高了设计效率。 系统设计部分，该PLC的主要功能是与DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）协同工作，执行数控机床的辅助逻辑控制。它接收DSP发送的指令字，进行译码处理，转化为相应的操作命令；同时，它还接收操作面板的按键信号，做出响应。这种设计考虑了CPU结构的复杂性和未来可能的扩展需求。 这篇论文展示了如何利用FPGA技术和VHDL语言开发一个高效、灵活的嵌入式PLC处理器，为工业自动化领域的控制系统设计提供了一个创新的解决方案。通过模块化设计和先进的仿真工具，实现了对嵌入式PLC处理器的优化，提高了系统的性能和集成度。