FPGA嵌入式PLC微处理器的TOP-DOWN设计与VHDL实现

该篇文章主要探讨的是基于FPGA的嵌入式PLC微处理器的设计，利用了TOP-DOWN的层次网络模块化设计策略。作者采用VHDL（硬件描述语言）来描述嵌入式PLC的CPU核心逻辑功能，VHDL作为一种高级硬件编程语言，允许设计者以行为描述的方式设计系统，通过仿真和综合工具进行电路设计的细化和优化。 在设计过程中，首先考虑到了嵌入式CPU的复杂性和设计的可扩展性。通过顶层设计，使用原理图方法，将CPU的各个单元模块分别设计，如程序计数器、指令寄存器、译码器、时序产生器和操作控制器等。每个模块在VHDL中独立描述，然后进行单独的仿真和综合，确保每个部分的正确性和性能。 PLC的主要功能包括接收和解析来自DSP（数字信号处理器）的指令，处理操作面板的按键输入，向DSP发送反馈和状态信息，以及将结果输出到面板驱动继电器。其硬件组成主要包括控制器、运算器和I/O端口，其中控制器负责命令的决策和执行，运算器则负责数据的处理，I/O端口提供输入和输出接口。 设计者选择微程序控制器作为控制器的基本形式，因为相较于组合逻辑控制器，微程序控制器具有更高的规整性、灵活性和可维护性，适合复杂系统的设计。微程序控制的思想模仿了解题程序，将操作分解为一系列微指令，提高了系统的灵活性和效率。 总结来说，这篇文章详细阐述了如何利用FPGA的灵活性和VHDL的描述能力，设计出一个嵌入式PLC微处理器，以满足数控机床中的特定操作需求。设计过程强调了模块化和层次化，以及微程序控制器在实现高性能和易维护性的优势。