01
运动控制概述
运动控制基本概念、机器人/数控/3D打印应用，FPGA+ARM协同优势
概念应用场景
02
系统架构设计
ARM(STM32MP1/Zynq)与FPGA通信架构，AXI4-Lite/Stream数据流设计
AXI4架构
03
ARM端开发环境搭建
交叉编译工具链、Vitis/SDK工程、裸机与Linux驱动基础
环境驱动
04
FPGA端开发环境搭建
Vivado工程、Block Design、IP封装集成、硬件导出
VivadoIP
05
AXI4-Lite总线协议
寄存器映射、读写时序、Verilog实现AXI4-Lite从机接口
协议Verilog
06
AXI4-Stream总线协议
数据流传输、握手、FIFO接口、Verilog实现Stream通路
数据流FIFO
07
ARM端GPIO与中断控制
MIO/EMIO配置、GIC中断控制器、FPGA→ARM中断流程
中断GPIO
08
PWM生成原理
脉宽调制、FPGA多路PWM发生器(分频/占空比/死区)
PWM死区
09
增量式编码器接口
A/B/Z解码、4倍频、FPGA正交解码计数器(QDEC)
编码器QDEC
10
绝对式编码器接口
SSI/BiSS协议解析、FPGA时钟同步与数据帧捕获
SSIBiSS
11
H桥与电机驱动
H桥原理、PWM方向控制、互补PWM与刹车逻辑
H桥驱动
12
电流采样与ADC接口
霍尔/电阻采样、SPI-ADC驱动、FPGA采集与均值滤波
ADC滤波
13
PID控制器原理
位置/增量式PID、参数整定、FPGA高速PID流水线
PID流水线
14
ARM端PID参数管理
AXI-Lite动态调整Kp/Ki/Kd、限幅与积分分离
参数积分分离
15
梯形速度曲线规划
加速-匀速-减速三段规划、FPGA位置累加器与速度比较器
梯形速度规划
16
S形速度曲线规划
加加速度(Jerk)控制、FPGA分段多项式计算
S形Jerk
17
位置闭环控制
目标-当前位置误差、PID输出限幅、FPGA位置环状态机
位置环状态机
18
速度闭环控制
目标-实际速度误差、前馈补偿、FPGA速度环流水线
速度环前馈
19
电流闭环控制
FOC矢量控制(Clark/Park)、FPGA电流环PI调节器
FOC电流环
20
多轴同步控制
电子齿轮/凸轮原理、FPGA主轴与从轴位置同步
同步电子凸轮
21
ARM端运动指令解析
自定义指令协议(UART/Ethernet)、指令队列与缓存管理
指令协议
22
FPGA端指令译码器
指令FIFO、状态机解析位置/速度/模式指令、错误检测
译码状态机
23
实时性保障
FreeRTOS任务优先级、FPGA硬实时中断响应
RTOS实时
24
数据监控与日志
DMA读取FPGA寄存器、环形缓冲区存储波形数据
DMA日志
25
上位机通信
TCP/UDP服务器、JSON/Protobuf封装、上位机实时显示
通信上位机
26
系统调试与验证
ChipScope/ILA抓取信号、ARM打印调试、联合仿真
调试ILA
27
安全保护机制
FPGA过流/过压/超限保护状态机、ARM看门狗与急停
保护看门狗
28
案例一：两轴步进电机平台
开环控制、梯形加减速、FPGA脉冲发生器与方向信号
步进案例
29
案例二：直流有刷电机伺服
电流+速度+位置三环控制、FPGA全硬件实现
伺服三环
30
案例三：多轴机械臂协同
S形曲线、电子凸轮、FPGA+ARM轨迹插补
机械臂插补