Οδηγος Της Σειριακης Θυρας Rs-232 Για Ενσωματωμενα Συστηματα

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται ένα ενσωματωμένο σύστημα, υλοποιημένο σε FPGA (Field Programmable Gate Arrays), το οποίο επιτελεί τον έλεγχο μιας μάζας, μέσω PID ελεγκτή που εφαρμόζεται στις τρεις συνιστώσες της δύναμης, με στόχο την μετακίνηση της μάζας σε ένα συγκεκριμένο σημείο στο χώρο. Η βασική ιδέα αυτής της υλοποίησης είναι ο PID έλεγχος, για κάθε μία από τις τρεις διαστάσεις, να εκτελείται στο ενσωματωμένο σύστημα (embedded systems). Ο PID ελεγκτής, για τον έλεγχο της δύναμης σε κάθε μία διάσταση, υλοποιείται ως μία διεργασία στο FPGA. Το ζητούμενο από το συγκεκριμένο ενσωματωμένο σύστημα FPGA είναι να μπορεί να λειτουργήσει ως ελεγκτής και αυτό καθιστά αναγκαία την δυνατότητα να λαμβάνει μέσω της σειριακής θύρας RS-232 δεδομένα και εάν κάτι τέτοιο ισχύει να υπολογίζει και να αποστέλλει πάλι μέσω της θύρας RS-232 τα αντίστοιχα δεδομένα. Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας επικεντρώνεται κυρίως στην υλοποίηση τόσο του ελεγκτή όσο και του οδηγού της σειριακής θύρας RS-232 σε υλικό ειδικού σκοπού χρησιμοποιώντας ένα FPGA. Πιο συγκεκριμένα, ο ελεγκτής και ο οδηγός της θύρας RS-232 περιγράφεται με τη βοήθεια μίας από τις πιο δημοφιλής γλώσσες περιγραφής υλικού, αυτή της Verilog, δηλαδή η λειτουργία έχει υλοποιηθεί σε hardware, η αρχιτεκτονική της οποίας έχει εκφραστεί στη γλώσσα περιγραφής υλικού Verilog. Την κινούμενη μάζα την προσομοιώνει ένα πρόγραμμα (MassSimulator) το οποίο εκτελείται σε έναν εξωτερικό υπολογιστή. Οι δύο αυτές εφαρμογές επικοινωνούν μεταξύ τους με τη βοήθεια της θύρας RS-232 μέσω της οποίας ο PID ελεγκτής «τροφοδοτεί» τον προσομοιωτή με τα κατάλληλα δεδομένα. Η μεταφορά των δεδομένων γίνεται με τη βοήθεια της θύρας RS-232 του FPGA που συνδέεται μέσω καλωδίου στον υπολογιστή. Η υλοποίηση αυτή, για την οποία έγινε χρήση τεχνικών σχεδίασης υλικού, συγκροτεί ένα SoC (System On a Chip) και είναι κατάλληλη για εφαρμογές ενσωματωμένων συστημάτων όπου παράμετροι, όπως η ταχύτητα, η μεταφερσιμότητα και το χαμηλό κόστος, είναι κρίσιμες. Το εν λόγω σύστημα έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογή σε διάφορες ερευνητικές περιοχές με PID ελεγκτές.