01
运动控制概述
什么是点位运动 · 运动控制系统组成 · 为什么需要FPGA加速 · 课程目标与学习路径
基础导论
02
FPGA基础回顾
LUT、FF、BRAM、DSP · Verilog基础语法 · 开发流程 · 常用IP核
VerilogIP核
03
运动控制核心算法
梯形/S形速度曲线 · 加减速控制 · 位置与速度数学关系
算法曲线
04
脉冲生成模块设计
PWM原理 · 步进电机脉冲生成 · 精确脉冲发生器 · 频率分辨率
脉冲步进
05
高速计数器设计
编码器信号处理 · 正交解码 · 4倍频技术 · 高速位置计数
编码器计数
06
FIFO与数据缓冲
异步FIFO · 同步FIFO · 乒乓操作 · 数据流控制策略
FIFO缓冲
07
状态机与运动控制
三段式状态机 · 运动控制状态机 · 异常处理
FSM状态机
08
PID控制器FPGA实现
位置式/增量式PID · 定点数运算 · 流水线 · 参数整定
PID控制
09
插补算法基础
直线/圆弧插补 · 逐点比较法 · DDA · FPGA并行插补架构
插补DDA
10
多轴联动控制
多轴同步 · 主从跟随 · 电子齿轮/凸轮 · FPGA多通道
多轴同步
11
高速通信接口
SPI · UART · PCIe基础 · AXI4-Stream总线
接口通信
12
DDR3/DDR4控制器
MIG IP核 · 读写时序 · 地址映射 · 高速数据缓存
DDRMIG
13
片上系统（SoC）设计
Zynq架构 · PS与PL协同 · AXI总线 · 中断机制
SoCZynq
14
实时操作系统与FPGA
FreeRTOS移植 · 任务调度 · PL与PS数据交互
RTOSFreeRTOS
15
位置比较与触发
位置比较器 · 高速触发输出 · 飞拍功能 · 硬件锁存
触发锁存
16
抖动与误差分析
时钟抖动 · 量化误差 · 累积误差 · 时序约束优化
抖动时序
17
安全与保护机制
限位开关 · 急停逻辑 · 软限位 · 过流保护 · 看门狗
安全保护
18
仿真与验证
ModelSim/Vivado仿真 · Testbench · 覆盖率 · 硬件在环
仿真验证
19
调试技巧
ChipScope/ILA · VIO调试 · 逻辑分析仪 · 问题排查
调试ILA
20
性能优化
流水线 · 并行处理 · 资源复用 · 时序收敛 · 功耗优化
优化时序
21
案例1：单轴高速点胶机
需求分析 · 系统架构 · 模块划分 · FPGA实现 · 测试结果
案例点胶
22
案例2：3D打印机运动控制
多轴插补 · 加速度控制 · 细分驱动 · FPGA实现
案例3D打印
23
案例3：激光切割机飞拍控制
高速位置触发 · 图像采集同步 · FPGA实现
案例激光
24
案例4：机器人关节伺服控制
电流环 · 速度环 · 位置环 · FPGA实现
案例伺服
25
高级主题：HLS入门
C/C++转RTL · 流水线指令 · 接口综合 · 性能对比
HLS高级
26
高级主题：OpenCL on FPGA
异构计算 · 内核编写 · 内存模型 · 加速效果
OpenCL异构
27
高级主题：AI在运动控制
轨迹预测 · 参数自整定 · FPGA推理加速
AI推理
28
项目实战：从需求到交付
需求文档 · 架构设计 · 编码规范 · 测试计划 · 文档撰写
实战项目
29
前沿技术
RISC-V与FPGA · Chiplet · 自适应SoC · 未来趋势
前沿RISC-V
30
课程总结与展望
知识体系回顾 · 学习资源推荐 · 职业发展 · 社区与开源
总结展望