Implementierung einer digitalen Regelung auf einem FPGA basierten System on Chip unter FreeRTOS

Abstract

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde ein FPGA mit Microblaze Prozessor IPCore als System On Chip dazu eingerichtet, alle 100 s eine digitale Regelung parallel zu dem Echtzeitbetriebssystem FreeRTOS mit dazu parallel laufenden Tasks auszuführen. Jeweils ein Timer mit Interrupt für die Regelung, sowie das Betriebssystem sorgen dafür, dass beide exakt ausgeführt werden. Da der Microblaze über genau einen Interrupt-Eingang verfügt, wurde noch ein Interrupt-Controller dazwischen geschaltet. Die zeitkritischere Regelung erhält am Interrupt-Controller die höhere Priorität. Zusätzlich prüft ein für den Microblaze angepasster Bootloader zunächst, ob über die RS-232 Schnittstelle ein neues Programm heruntergeladen werden soll. Wenn nicht, wird das Hauptprogramm aus dem Flash-Speicher in den Arbeitsspeicher geladen und ausgeführt.

Within the scope of this bachelor thesis an FPGA with Microblaze Processor IP-Core as System On Chip has been configured to execute every 100 s a digital control in parallel to the real time operation system FreeRTOS with running tasks. A Timer for each, the digital control and the operation system make sure that both are executed accurately. Since the Microblaze has exactly one interrupt pin an interrupt controller has been added. The more time-critical digital control gets the higher priority at the interrupt controller. Furthermore an adapted Bootloader for the Microblaze initially tests if there is a program to download over the RS-232 interface. If not, the main program is loaded from the Flash into the main memory and executed from there.