ARM+FPGA 伺服驱动：高速双向数据流通信内容-EW帮帮网

ARM+FPGA 伺服驱动：高速双向数据流清单

引言

在“ARM 做高层算法，FPGA 做纳秒级硬实时”的伺服驱动里，两颗芯片之间到底来回跑什么数据？很多人只说一句“FPGA 把编码器值给 ARM，ARM 把 PWM 占空比给 FPGA”就带过。下面把全部输入/输出信息拆成文字清单，并给出物理接口、帧格式、实时性分级和可直接落地的实现细节。

一、数据方向与时序分级

下行方向，也就是 ARM 写给 FPGA 的数据，可分为两类：

上行方向，也就是 FPGA 写给 ARM 的数据，同样分两类：

二、下行——ARM 发给 FPGA 的数据

三、上行——FPGA 回给 ARM 的数据

四、物理接口与带宽

AXI4-Lite 寄存器接口跑 100 MB/s，延迟不到 1 微秒，用于控制字和 PID 增益；

AXI4-Stream 数据流接口 64 字节帧每 1 微秒，理论 512 Mb/s，实测可到 1 GB/s，负责电流、位置、速度实时流；

GPIO/IRQ 走独立引脚，故障中断延迟低于 100 纳秒，直接触发 ARM NVIC；

DDR 共享区通过 AXI HP 端口，峰值 10 GB/s，延迟低于 1 微秒，用来加载补偿表或批量日志；

老平台若仍用 EXMC/FSMC 16 位并口，带宽约 200 MB/s，仅作寄存器备份通道；

额外独立 GPIO 可与 AXI-Stream 并行，用于硬实时触发信号。

五、典型 AXI-Stream 帧格式

每 64 字节构成一帧，1 微秒发一次：

FPGA 端把上述数据顺序打包，经 DMA 写入 DDR 环形缓冲；ARM 用户态 mmap 后直接按结构体指针读取，零拷贝。

六、Linux 用户态取流示例

在设备树里预留 0x2000_0000 起的 16 MB 连续内存。用户态程序 mmap 后得到一个环形缓冲。定义结构体：

struct frame {
    uint16_t ia, ib, ic;
    uint64_t pos;
    uint32_t vel;
    uint32_t fault;
    uint64_t ts;
} __attribute__((packed));

主循环按 64 字节步进读取即可，idx 用位掩模回绕，保证实时无锁。

七、调试小贴士

结语

ARM 与 FPGA 之间交换的不是零散寄存器，而是一张周期级与事件级混合、双向且确定的高速数据网。按本文文字清单逐项落地，就能在 1 微秒内完成“采样→计算→输出”全闭环，真正把异构架构的实时威力发挥到极致。

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