现代工业自动化对电机伺服应用产生了越来越高的要求,包括位置精度,动态响应,电磁兼容等等。同时伴随工业自动化对实时性和数据带宽的要求,工业以太网也快速发展。目前工业领域通常采用电流环硬件加速器的方式实现高动态响应,但既往的硬件结构存在灵活性较差,资源浪费,控制逻辑复杂等问题。同时,目前主流的电机控制SoC缺乏对工业以太网的支持。为弥补既往研究的不足,本课题设计和开发了面向工业伺服控制的专用SoC和配套IP核,实现了电流环高动态响应和工业以太网大数据带宽通信。首先,为了满足电机伺服对高动态响应的要求,在SoC中加入了电流环控制硬件加速器,用于减少电流环中的运算延迟。课题中创新性地提出采用数据流计算体系结构进行电流环控制的硬件加速。数据流计算体系结构以数据为驱动,共享执行单元,天生具有强大的并行性,并且是可编程的。从而解决了既往研究中的缺点。课题为电流控制器设计了汇编器,运动控制工程师可以通过汇编程序建立不同的电流环控制算法硬件加速器。其次,为了满足伺服控制器对高带宽实时通信的需求,在SoC中增加了兼容EtherCAT数据链路层规范的从站控制器。按照EtherCAT协议的描述,将从站控制器分为三层分别实现:物理层接口,数据帧实时处理层和总线接口层。配套对应的驱动软件可以在帧同步模式和自由模式下运行,提供邮箱数据通信和过程数据通信服务。最后,在赛灵思zynq-7000设备上设计实现了整个伺服控制SoC,并搭建了伺服控制硬件平台。在该实验平台上完成了电流环控制测试,测试结果显示电流的闭环跟踪在1KHz处增益为-0.28d B,相位滞后为40.8°。电流闭环跟踪的带宽在2KHz到4KHz之间。EtherCAT可以实时传递电流指令与反馈。本课题设计的伺服控制SoC,具有可编程的电流环控制器,能够适应不同的电流环控制算法。片上集成了EtherCAT从站控制器,无需外挂芯片就可以支持EtherCAT通信。课题设计的针对永磁同步电机的电流环控制器可以达到2到4KHz的电流环带宽。