基于ARM的嵌入式数控系统设计

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基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统设计

现有的数控系统中多采用工控机加运动控制卡的计算机数控系统方案进行运动控制器的设计。

随着工控机整体功能日趋复杂，对运动控制系统的体积、成本、功耗等方面的要求越来越苛刻。

现有计算机数控系统在运动控制方面逐渐呈现出资源浪费严重、实时性差的劣势。

此外，数控系统的开放性、模块化和可重构设计是目前数控技术领域研究的热点，目的是为了适应技术发展和便于用户开发自己的功能。

本文基于ARM和FPGA的硬件平台，采用策略和机制相分离的设计思想，设计了一种具有高开放性特征的嵌入式数控系统。

该数控系统不仅具备了以往大型数控系统的主要功能，还具备了更好的操作性和切割性能，而且在开放性方面优势更为突出，使数控系统应用软件具有可移植性和互换性。

1 基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统整体方案基于ARM和FPGA的嵌入式数控系统结构如图1所示。

按照模块划分的思想，本文将控制器分为人机交互、插补算法和通信三部分。

系统中ARM采用三星公司推出的16／32位RISC微处理器S3C2440A，它采用了ARM920T内核，核心频率高达400MHz。

FPGA采用Xilinx公司Spartan 3E系列的XC3S250E。

图1 基于ARM FPGA的嵌入式数控系统结构2 S3C2440A控制系统ARM作为数控系统的控制核心主要负责对从数据存储器中读取或直接从上位PC或网络获得的零件加工代码和控制信息进行译码、运算、逻辑处理，完成加工数据的粗插补以及人机界面和数据通信。

ARM系统是整个数控系统的控制核心，在嵌入式操作系统的管理下，采用分时处理的方式实现整个系统的信息处理和粗插补运算，通过键盘、触摸屏等输入装置输入各种控制指令，对数控系统的实时运行状态通过LCD、指示灯等显示，实现人机友好交互。

基于S3C2440A控制器有各种通信接口，包括RS232、RS485、以太网口、USB等接口模块。

通过这些接口实现文件传输和网络控制。

嵌入式数控的软件系统总体结构如图2所示。

基于ARM设计的嵌入式数控系统方案

基于ARM设计的嵌入式数控系统方案摘要：本文介绍了基于ARM 的嵌入式数控系统。

该系统为主从式结构，上位机以ARM9 为核心，实现人机交互，下位机以ARM7 为核心，结合FpGA 实现机床的运动控制，上下住机通过CAN 总线进行通信。

传统的数控系统通常是在通用计算机或工控机的基础上加装运动控制卡，使用Windows 操作系统，并安装昂贵的数控软件构成的。

此类系统成本高，功耗大，不太适合中小规模的应用场合。

而嵌入式产品具有系统结构精简、功耗低等特点，能弥补传统数控系统的不足。

目前，嵌入式数控系统主要有两种形式：完全依靠嵌人式处理器控制的系统以及嵌入式处理器和运动控制芯片相结合的系统。

与前者相比，后者南于采用了专业的运动控制芯片，在实时性和精度等方面的表现更好，因而成为未来的一个发展方向。

本文介绍了一种基于ARM 控制器和FPGA 运动控制芯片的主从式数控系统，希望能为AR M 在嵌入式数控系统中的应用提供一些参考。

1 总体设计本系统为主从式结构。

上位机以S3C2410 ARM9 控制器为核心，移植Linux 系统和QT／Embedded 图形库，主要实现G 代码文件处理、加工位置的显示、手动控制等人机交互功能。

下位机以$3C44B0 ARM7 控制器为核心，斯迈迪的SM5004 FPGA 芯片为运动控制器，实现电机驱动、冷却液开关、紧急停止等机床控制功能。

上下位机通过CAN 总线通信。

2 硬件设计2．1CAN 接口设计由于S3C2410 和S3C44B0 不带CAN 接口，所以必须对其进行扩展。

S3C2410 的CAN 扩展接El 如图1 所示，S3CA4B0 的CAN 接口与其相似。

一种基于ARM的嵌入式数控系统

用性和便捷性。
关键词：ＡＲＭ；运动控制；嵌入式 Fra bibliotek 控系统
中图分类号：Ｐ３５２．７
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７３－８０８Ｘ（２０１３）０２ — ０１１４一Ｏ４
ＡｎｅｍｂｅｄｄｅｄＣＮＣｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＲＭ
Ａｐｒ．２０１３
一
种基于ＡＲＭ的嵌入式数控系统
胡森，郭庆，王卫俊
（桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西桂林５４１００４）
摘
要：为了让数控系统方便扩展各种接口，具有更好的通用性，提出一种基于ＡＲＭ的嵌入式数控系统。ＡＲＭ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅＣＮＣｓｙｓｔｅｍｍｏｒｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｅｘｔｅｎｄｖａｒｉｏｕｓｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｍｏｒｅｖｅｒｓａｔｉｌｅ，ａｄｅｓｉｇｎｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄＣＮＣｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＲＭｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｐａｎｅｌｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆＡＲＭａｎｄｉｔｓｐｅｒｉｐｈｅｒａ１．ＴｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃｈｉｐＭＣＸ３１４ＡＬａｎｄｉｔｓｏｐｔｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｉｓｏｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｐｒｏ — ｃｅｓｓｏｒ￥３Ｃ２４４０ｉｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆＣＮＣｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｉｓｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅｆｏｒｓｅｎｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｍａｎｄｔｏｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃｈｉｐＭＣＸ３１４ＡＬ．ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｕｌｓｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒｉｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃｈｉｐＭＣＸ３１４ＡＬ．ＴｈｅｏｕｔｐｕｔｐｕｌｓｅｔｈｒｏｕｇｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｒｉｖｅｒｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｓｅｖｅｒａｌｄｉｇｉｔａｌＡＣｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｒｓａｎｄｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｒｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｃａｎｂｅｒｅａｌｉｚｅｄ，ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｔｅｏｆｅａｃｈｍｏｔｏｒａｌｓｏｃａｎｂｅｒｅａｌ — ｔｉｍｅｒｅｆｌｅｃｔｅｄ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｈｉｇｈｖｅｒｓａｔｉｌｅａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅ。Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ；ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏ１；ｅｍｂｅｄｄｅｄＣＮＣｓｙｓｔｅｍ

基于ARM处理器的嵌入式数控系统

基于ARM处理器的嵌入式数控系统
王广丰;赵东标
【期刊名称】《机械与电子》
【年(卷),期】2007(000)002
【摘要】提出了一种基于ARM嵌入式微处理器和大规模可编程逻辑器件FPGA 的数控系统硬件设计方案,充分利用了ARM微处理器的高速运算能力及FPGA 强大的逻辑处理能力,减少了系统的外围接口器件.利用μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统作为系统的软件开发平台,进行数控系统软件的开发,使数控系统具有优异的实时性、稳定性,满足高速、高精加工的要求,同时具有良好的人机界面与网络支持.【总页数】3页(P26-28)
【作者】王广丰;赵东标
【作者单位】南京航空航天大学,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,江苏,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于ARM处理器和LINUX系统的嵌入式网络过滤装置 [J], 方尔正;张路蔚
2.基于ARM处理器的数控系统设计 [J], 王典洪;李卫中;刘兵
3.基于嵌入式ARM处理器的运动跟踪系统设计 [J], 秦连铭;王香丽
4.基于ARM处理器的嵌入式防火墙设计 [J], 黄伟;冯均浩
5.基于ARM处理器的嵌入式软件能耗统计模型 [J], 刘啸滨;郭兵;沈艳;朱建;王继禾;伍元胜
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

《基于ARM处理器的通用数控系统的研究与设计》

《基于ARM处理器的通用数控系统的研究与设计》一、引言随着现代工业的快速发展，数控系统作为现代制造技术的重要组成部分，其性能和效率的优化已成为工业生产的关键。

而ARM处理器以其低功耗、高性能的特点，在嵌入式系统中得到了广泛应用。

因此，基于ARM处理器的通用数控系统的研究与设计具有重要的现实意义。

本文旨在探讨基于ARM处理器的通用数控系统的设计原理、实现方法及其在工业生产中的应用。

二、ARM处理器与数控系统概述ARM处理器是一种基于精简指令集（RISC）架构的低功耗、高性能的嵌入式处理器。

由于其高度的可扩展性和定制性，被广泛应用于工业控制、智能设备等领域。

数控系统则是通过数字信息实现对机械设备加工过程的全自动化控制，其性能直接影响着设备的加工精度和效率。

将ARM处理器应用于数控系统中，可以实现设备的智能化控制，提高设备的加工效率和精度。

三、系统设计1. 硬件设计基于ARM处理器的通用数控系统的硬件设计主要包括ARM 处理器核心板、电源模块、存储模块、通信模块等。

其中，ARM 处理器核心板负责处理数控系统的各种任务，电源模块为系统提供稳定的电源供应，存储模块用于存储程序和数据，通信模块则负责与其他设备进行数据交换。

2. 软件设计软件设计是数控系统的核心部分，主要包括操作系统、控制算法、人机交互界面等。

在操作系统方面，选择适用于ARM处理器的嵌入式操作系统，如Linux或Windows CE等。

控制算法则是根据具体的加工需求和设备特性进行设计和优化，以实现高精度的加工控制。

人机交互界面则负责将操作人员的指令转化为计算机可识别的语言，并实时显示设备的运行状态和加工结果。

四、关键技术及实现方法1. 运动控制技术运动控制技术是数控系统的核心技术之一，主要包括插补算法和伺服控制算法。

插补算法用于计算加工路径的中间点，以实现高精度的加工；伺服控制算法则用于控制设备的运动轨迹和速度，以保证加工的稳定性和精度。

2. 通信技术通信技术是实现数控系统与其他设备进行数据交换的关键技术。

数控毕业设计基于ARM CortexM3芯片的数控系统设计

数控毕业设计：基于ARM Cortex-M3芯片的数控系统设计摘要：本文介绍了一种基于ARM Cortex-M3芯片的数控系统设计，该系统具有高精度、高速度、高稳定性和易开发等特点。

首先介绍了数控系统的概念和发展历史，接着详细介绍了ARM Cortex-M3芯片的架构和特点，然后分析了数控系统的要求和功能，提出了数控系统的设计方案和实现方法，最后给出了实验结果和验证。

关键词：数控系统；ARM Cortex-M3芯片；高精度；高速度；高稳定性；易开发1. 引言计算机数控技术是现代制造业的重要支撑技术之一，其应用范围涵盖机械加工、机器人、航天航空等领域。

随着计算机技术和数字信号处理技术的发展，数控技术得到了进一步的发展和应用。

本文介绍了一种基于ARM Cortex-M3芯片的数控系统设计，该系统具有高精度、高速度、高稳定性和易开发等特点，对数控技术的发展和应用具有重要的指导意义。

2. 数控系统的概念和发展历史数控系统是一种通过计算机控制机床运动的技术，其目的是取代人工操作，提高生产效率和产品质量。

数控系统经历了从简单的闭环控制到开放式系统、网络化、智能化的演变过程。

近年来，随着嵌入式技术的发展和应用，数控系统也呈现出多种不同的设计方案和实现方法。

3. ARM Cortex-M3芯片的架构和特点ARM Cortex-M3芯片是一种基于ARMv7-M架构的32位微处理器，其具有低功耗、高性能、可靠性强和易开发等特点。

该芯片最大频率可达120MHz，集成了多种标准外设，如GPIO、SPI、USART、ADC等，可满足不同应用的需求。

4. 数控系统的要求和功能数控系统的主要功能是将CAD/CAM的数据转换为机床的控制信号，实现机床在空间内的直线、圆弧等复杂轨迹的运动控制。

数控系统的要求包括高精度、高速度、高稳定性、易操作和易开发等方面，需要采取灵活多变的设计方案并遵循一定的原则。

5. 数控系统的设计方案和实现方法基于ARM Cortex-M3芯片的数控系统，首先选择了适合该系统的数控芯片、电机和卡尺等硬件，并采用了嵌入式操作系统和C语言编程技术实现了系统级设计。

基于ARM微处理器的嵌入式数控系统

测控技术概论（大作业）学期：2011-2012-1学期学院：自动化工程学院专业：测控技术与仪器班级：测控102班XX：王杰学号：1007250234提交日期：2011年10月10日一、综述题目:基于ARM 微处理器的嵌入式数控系统学生XX:王杰摘要:ARM 是一种高性能、低功耗的微处理器。

采用ARM 开发机床数控系统可以降低硬件成本、提高系统集成度、增强稳定性,它相对于PC平台具有更多的优势。

因此,采用ARM 为硬件平台开发数控系统是一个不错的选择。

Ma sterCAM 后置处理文件PST文件的高级编程方法。

给出了PST文件的语法特点,在此基础上,针对Ma sterCAM 二维轮廓加工方式的后置处理中的缺陷,修改了相应的后置处理算法。

实践证明,该方法正确有效。

关键词:ARM 嵌入式数控系统MasterCAM生成数控程序引言:目前,ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高打印机、数字照相机和数字摄像机等。

这些成功的运用为将数控系统软件移植到ARM9微处理器奠定了良好的基础。

1 基于ARM 微处理器嵌入式数控系统的硬件结构目前,世界上的ARM9系列微处理器有许多种品牌,现以三星公司的ARM9处理器SBC - 2410芯片为例进行说明。

SBC - 2410使用ARM920T核,内部带有全性能的MMU (内存处理单元) ,它适用于设计工控产品和移动手持设备类产品,具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性。

基于SBC - 2410芯片本身的各种特点,主板采用6层板设计,该SBC - 2410主板在尽可能小的板面上(120 mm×90 mm ) 集成了64M SDRAM、64M NandFlash、1M Boot Flash、RJ - 45网卡、音频输入与输出、USB Host、USB slave、标准串口、SD卡插座、用户按键和一些用户灯等设备接口,并且使用210 mm插针槽引出CPU的大部分信号引脚,可以作为嵌入式电脑系统的一个主板模块,非常适合于数控系产品的原型设计。

基于ARM的嵌入式系统软件设计

基于ARM的嵌入式系统软件设计基于ARM的嵌入式系统软件设计是一种用于控制嵌入式设备的软件开发方法。

ARM（Advanced RISC Machine）是一种基于精简指令集计算机（RISC）架构的处理器设计，并广泛应用于移动设备、嵌入式系统和智能手机等领域。

在嵌入式系统中，ARM的设计具有低功耗、高性能和可靠性的特点。

在进行基于ARM的嵌入式系统软件设计时，有几个关键方面需要考虑。

首先，嵌入式系统软件设计需要通过分析硬件资源和需求来选择合适的操作系统。

常见的嵌入式操作系统包括实时操作系统（RTOS）、Linux和Android等。

RTOS适用于对实时性要求较高的嵌入式系统，而Linux和Android则适用于对实时性要求不高且需要强大功能的系统。

其次，软件设计需要定义系统的功能和需求。

这包括确定系统的输入输出接口、计算能力、内存需求和数据存储等。

根据这些需求，可以设计软件体系结构和模块划分方案。

第三，软件设计需要考虑系统的功耗管理。

基于ARM的嵌入式系统通常需要在保持性能的同时降低功耗。

可以采用频率调节、电压调节和睡眠模式等技术来优化功耗。

第四，软件设计需要考虑系统的安全性。

基于ARM的嵌入式系统可能涉及到用户隐私和敏感信息。

因此，在软件设计过程中需要采取相应的措施来保护系统和数据的安全。

第五，软件设计需要进行系统的性能优化。

可以通过编译优化、算法优化和并行计算等技术来提高系统的性能。

在进行基于ARM的嵌入式系统软件设计时，可以使用一些常见的开发工具和技术来帮助完成任务。

其中包括ARM开发板、ARM JTAG调试器、ARM嵌入式开发工具链（如Keil MDK-ARM）和ARM嵌入式操作系统（如FreeRTOS）等。

综上所述，基于ARM的嵌入式系统软件设计是一种灵活、高效和可靠的软件开发方法。

通过充分理解系统的需求和资源，选择合适的操作系统，优化系统的功耗和性能，保护系统的安全性，可以设计出满足用户需求的高质量的嵌入式系统软件。

基于ARM9的嵌入式数控铣床控制系统的设计的开题报告

基于ARM9的嵌入式数控铣床控制系统的设计的开题报告一、选题背景数控机床是现代制造业中不可或缺的设备，随着工业自动化的不断发展，其在生产加工中的应用越来越广泛。

数控机床的控制系统是数控机床的核心，控制系统的性能直接影响到机床加工精度和效率。

目前市场上的数控机床控制系统大多数采用PC或者嵌入式处理器作为控制芯片，PC处理器具有较高的性能和灵活性，但价格较高，嵌入式处理器虽然性能相对较低，但价格较为实惠，更适合中小型数控机床的应用。

本课题将基于ARM9嵌入式处理器设计一款中小型数控铣床控制系统，以实现数控铣床的切削、运动控制和轨迹解析功能。

同时，设计采用Linux操作系统和Qt图形界面，提高了系统的稳定性和友好度。

二、研究内容1. 硬件平台的选型和设计。

选用ARM9的嵌入式处理器，根据数控铣床的数据采集和控制要求进行硬件平台的设计，包括CPU、存储、输入输出等。

2. 系统底层的驱动开发。

根据硬件平台的需求，开发适配的设备驱动程序，完成系统底层的数据采集和控制功能。

3. 运动控制算法的设计。

设计数控铣床运动控制算法，实现对加工过程中的切削参数和运动参数的控制。

4. 轨迹解析和解码算法的实现。

将输入的轨迹数据进行解析和解码，生成标准的G代码指令，使用运动控制算法控制数控铣床进行加工。

5. 界面设计。

采用Qt图形界面设计，实现数控铣床的操作控制和状态显示。

三、论文结构1. 第一章：选题背景和研究内容，介绍数控机床控制系统的重要性和发展趋势，阐述本课题的开题研究内容和研究方法。

2. 第二章：数控铣床的数学模型，介绍数控铣床加工的基本原理和数学模型，为后续算法的设计和开发提供理论基础。

3. 第三章：硬件平台设计与开发，介绍ARM9芯片的选型和硬件系统设计，完成原理图设计和PCB布线，进行硬件系统的搭建和驱动开发。

4. 第四章：系统底层驱动的实现，根据硬件平台需求，开发适配的设备驱动程序，包括外部IO、串口、USB等。

基于ARM+DSP嵌入式数控系统设计

一
ＯｕａｒｗＯ，ＯＳ０）ｐｔ（ｄ＋ｒｘＯ０；ｆｒ（ｏｎ０ｃｕｔ１０ｃｕｔ＋；ｏｃｕｔ；ｏｎ＜０：ｏｎ＋）ｒｎｅ（ｘ，１７０；ａｇＯｆ５０）
地址线、ｌ位数据线以及一些读写控制信号线等。运动控制芯片６ＭＸ１Ａ与￥Ｃ４０Ｃ３４ｓ３２１处理器就是通过这个标准的总线接口电路而连接的。
特别要注意的是，￥Ｃ４０Ｉ０３２１的／引脚的工作电压和ＭＸ１Ａ的工作电Ｃ３４ｓ
ａ＝ａＰ１ｉｅｄＳｅｉｇｐｅ）ａＣｌｕＴｍ（ｗｈＤｎｓｅｄ；
Ｔｍｔａｉｉｐｅ：ｅｐａｎｅｄｓ
嵌入式系统广泛应用于汽车制造、通信终端、家用电器、机电设备等各种控制领域，随着电子信息技术及控制技术的迅猛发展，嵌入式技术日臻成熟。将嵌入式技术与数控技术有机结合，可以充分发挥嵌入式数控系统兼备嵌入式技术和数控技术的优势，设计出性能更优的数控产品［］１。本文设计的嵌入式数控系统，基于ＡＭＤＰＲ＋Ｓ硬件控制，利用Ｌｎｘｉｕ操作系统源代码软件控制。通过操作系统和系统模块的裁剪设计、软硬件系统的开发，设计出一种新的高性能的嵌入式数控系统。１基于ＡＭ＋Ｓ的嵌人式数控系统模型ＲＤＰ该嵌入式数控系统可分为运动控制软件层、操作系统层和硬件层［］２。底层硬件层的ＡＭＲ处理器采用￥Ｃ４０（３２１是韩国三星（ａｓｎ）公３２１￥Ｃ４０Ｓｍｕｇ司设计的３位ＲＳ嵌入式处理器）和ＭＸ１Ａ（Ｃ３４ｓ日本ＮＶ电子２ＩＣＣ３４ｓＭＸ１Ａ是ＯＡ有限公司研制的ＤＰＳ运动控制专用芯片）。中间层为嵌入式数控系统的操作

基于ARM的嵌入式数控系统的研究

基于ARM的嵌入式数控系统的研究一、本文概述随着科技的快速发展，嵌入式系统在各领域的应用越来越广泛，尤其在工业控制、自动化设备以及智能家居等领域中发挥着至关重要的作用。

而基于ARM的嵌入式数控系统，凭借其高性能、低功耗以及良好的扩展性，成为了众多研究者关注的焦点。

本文旨在探讨基于ARM的嵌入式数控系统的研究现状、设计原理、实现方法以及未来发展趋势，以期为相关领域的研究与应用提供有益的参考。

本文将对嵌入式数控系统的基本概念进行介绍，阐述其与传统数控系统的区别与优势。

将重点分析基于ARM的嵌入式数控系统的硬件架构和软件设计，包括处理器选择、外设接口设计、操作系统移植以及数控算法的实现等方面。

还将探讨系统在实际应用中的性能表现，包括实时性、稳定性以及可靠性等方面的评估。

本文还将对基于ARM的嵌入式数控系统的未来发展趋势进行展望，分析其在智能制造、工业自动化等领域的应用前景，以及面临的挑战和机遇。

希望通过本文的研究，能够为嵌入式数控系统的进一步发展提供有益的启示和建议。

二、ARM架构与嵌入式数控系统基础ARM（Advanced RISC Machines）架构是一种精简指令集（RISC）处理器架构，广泛应用于嵌入式系统领域。

ARM架构以其低功耗、高性能和低成本等特点，成为了嵌入式系统市场的主流选择。

ARM处理器通常由内核、存储器和输入输出设备组成，具有高效的处理能力和灵活的扩展性。

这使得ARM架构在数控系统中的应用具有显著的优势，如提高系统性能、降低能耗和缩小体积等。

嵌入式数控系统是一种将计算机技术与数控技术相结合的系统，广泛应用于机械加工、自动化生产线等领域。

嵌入式数控系统通过ARM架构的处理器实现对加工过程的精确控制，实现对加工参数、运动轨迹和加工状态的实时监控和调整。

这种系统具有高度的集成性和智能化，可以提高加工精度和效率，降低人工干预和操作难度。

在基于ARM的嵌入式数控系统中，ARM处理器作为核心控制器，负责处理各种指令和数据，实现对加工过程的精确控制。

基于ARM的嵌入式系统硬件设计

基于ARM的嵌入式系统硬件设计随着科技的不断发展，嵌入式系统在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。

而ARM作为一款流行的嵌入式处理器架构，被广泛应用于各种嵌入式设备中。

本文将介绍基于ARM的嵌入式系统硬件设计的相关技术和方法，并探讨如何实现高效的硬件设计。

ARM处理器架构是一种流行的32位嵌入式处理器架构，具有低功耗、高性能、低成本等优点。

ARM处理器分为ARMARMARM11等多个系列，每个系列又分为多个子型号。

ARM还提供了一系列开发工具和生态系统，以支持嵌入式系统开发。

基于ARM的嵌入式系统硬件设计需要从以下几个方面考虑：处理器选型：根据应用需求，选择合适的ARM处理器系列和型号。

例如，如果需要高性能的计算能力，可以选择ARM11系列处理器；如果需要低功耗，可以选择ARM7系列处理器。

存储器设计：嵌入式系统需要高效的存储器来存储程序和数据。

可以通过选择合适的存储器类型和容量来满足应用需求。

输入输出接口设计：根据应用需求，需要设计合适的输入输出接口。

例如，如果需要连接传感器和执行器，需要设计相应的接口电路。

电源设计：电源是嵌入式系统的核心组件之一。

需要根据应用需求，选择合适的电源类型和容量，并设计相应的电源电路。

基于ARM的嵌入式系统硬件设计的实现过程如下：确定应用需求：需要根据具体应用场景，明确硬件设计的需求和功能。

进行硬件选型：根据应用需求，选择合适的ARM处理器、存储器、输入输出接口等硬件组件。

设计硬件电路：根据硬件选型的结果，需要设计相应的硬件电路，包括电源电路、存储器电路、输入输出接口电路等。

制作硬件板卡：根据设计的硬件电路图，需要制作硬件板卡，将各个硬件组件集成在一起。

调试与优化：在硬件板卡制作完成后，需要进行硬件调试，检查硬件电路是否正常工作，并优化硬件性能和功耗。

通过基于ARM的嵌入式系统硬件设计，我们可以得到一个高效、可靠、低功耗的嵌入式系统。

在实际应用中，基于ARM的嵌入式系统可以运行各种操作系统和应用软件，实现各种复杂的功能，例如数据采集、处理、传输等。

基于ARM的嵌入式车床数控系统与开发.

基于ARM的嵌入式车床数控系统与开发传统的中、低档数控车床在结构上往往采用8/16位单片机加精插补器,以获得较高的性价比。

随着嵌入式系统的迅速发展,高性能的32位CPU已经普及,以ARM为代表的32位微处理器速度快、功能强、价格低,完全可以开发出具有更高性价比的嵌入式数控系统。

本文旨在研究和设计一种基于ARM7的嵌入式数控车床控制系统。

本文首先通过对嵌入式技术和数控技术的全面分析,选择确定了车床嵌入式数控系统的软硬件平台。

硬件平台以ARM7系列微处理器LPC2220为核心,基于可编程逻辑器件CPLD实现精插补器,并配以必要的外围电路。

软件平台以源代码公开的μC/OS-Ⅱ实时操作系统为基础,开发系统所需的驱动程序和应用软件。

规划设计了基于μC/OS-Ⅱ的车床数控系统控制任务划分以及各任务模块间的通讯协调机制。

控制任务划分为7个:主控、液晶显示、文件系统服务、数控程序解释、速度处理、插补和逻辑控制;利用μC/OS-Ⅱ提供的邮箱、信号量等服务机制,有效实现了任务与任务、任务与中断之间的通信与同步。

此外,本文还研究了系统程序解释的实现方法。

首先,基于有限状态机(DFA)的分析策略构造了数控程序解释的词法分析器,把程序的字符流转换为内部标记流,然后对程序进行语法和语义分析,最后翻译成速度处理和逻辑控制所需要的数据结构。

重点分析了子程序调用和返回的机制及其实现方法。

最后,介绍了系统的软硬件开发工具和调试方法。

软硬件测试表明,该嵌入式车床数控系统可满足预期目标。

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基于ARM微处理器的嵌入式数控系统

基于ARM微处理器的嵌入式数控系统
范克东;肖世德;龚邦明
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2006(000)001
【摘要】ARM是一种高性能、低功耗的微处理器.采用ARM开发机床数控系统可以降低硬件成本、提高系统集成度、增强稳定性,它相对于PC平台具有更多的优势.因此,采用ARM为硬件平台开发数控系统是一个不错的选择.
【总页数】3页(P15-17)
【作者】范克东;肖世德;龚邦明
【作者单位】西南交通大学机械工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学机械工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学机械工程学院,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】TG5
【相关文献】
1.基于ARM微处理器的嵌入式焊缝智能跟踪系统的设计 [J], 刘小燕
2.基于ARM微处理器的嵌入式TCP/IP协议的实现与应用 [J], 侯晓勇;孙建平;倪玮强;张晓东
3.基于ARM微处理器和嵌入式系统的电能质量检测装置设计 [J], 戴宪滨;孙文瑶;尹建
4.一种基于ARM微处理器的嵌入式代码语义属性分析方法 [J], 刘铁铭;蒋烈辉;井
靖;李继中
5.基于ARM微处理器的嵌入式数据记录仪的设计 [J], 王阳;苗克坚;朱峰
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于ARM+DSP的嵌入式Linux数控系统设计

基于ARM+DSP的嵌入式Linux数控系统设计随着嵌入式技术的发展，ARM、DSP 处理器性能日益强大，而体积、功耗、成本却不断降低; Linux 操作系统健壮开源、支持多平台、软件资源丰富，可方便移植到嵌入式系统中。

目前ARM-Linux 技术在嵌入式领域得到广泛应用。

近年出现很多专用运动控制DSP 芯片如PCL6045、MCX314 等，运动控制功能强大、插补算法成熟、实时性好。

在这一技术背景下，作者提出一种基于ARM + DSP 结构的嵌入式Linux 数控系统设计方法，对数控系统小型化、集成化及经济普及化有实际意义。

1 嵌入式Linux 数控架构传统数控系统中广泛采用的解决方案为基于PC 机和运动控制板卡的结构实现方式: PC 机主要实现用户交互、文件管理以及通信等非实时数控操作; 运动控制板卡负责运动控制和机床I /O 等数控系统中对实时性有严格要求的数控功能。

这种结构将数控系统中各功能模块分为实时模块和非实时模块两类，由运动控制板卡来保证实时性要求，充分利用PC 机软件丰富、功能强大的优势，可实现复杂空间插补算法，数控系统软件功能大大增多增强，形成数控即软件的概念。

这种方案具有信息处理能力强、运动轨迹控制准确、开放程度高、通用性好等特点。

但也存在以下缺点: 运动控制卡需要插入PC 机主板的PCI 或ISA 插槽，因此每台数控装置都必须配置一台PC 机作为上位机，无疑对设备的体积、成本和运行环境都有一定限制，难以独立运行和小型化［1］。

嵌入式Linux 数控系统借鉴传统PC + 运动控制板卡方式，将数控系统也分为实时模块和非实时模块分别实现。

整个系统由硬件层、操作系统层和应用层组成。

硬件层以ARM-Linux 为总体控制核心完成数控系统中任务调度、NC 代码编译、人机交互、系统监视等非实时数控功能，以DSP。

基于ARM的嵌入式数字控制系统设计说明书

Joint International Mechanical, Electronic and Information Technology Conference (JIMET 2015)Design of Embedded Numerical Control System Based on ARMDongdong Li, Zhiqin WeiSchool of Mechanical Engineering Guangzhou College of South China University of Technology*************.cnKeywords: ARM; Embedded system; Numerical ControlAbstract. The emergence of embedded technology brought a new technological revolution for the field of modern industrial numerical control. Based on the analysis of embedded technology and computer numerical control systems, this paper discussed the general structure model of embedded numerical control system, analyzed the design method of hardware and software, including design of basic drive module, multi-task in parallel of the system, and so on.IntroductionEmbedded CNC(Computer Numerical Control) system has become an important trend of the development of CNC system. The use of embedded system technology in CNC system not only makes the abundance of CNC system hardware and software resources, but also improves the reliability of the whole CNC, taking advantage of the specificity of embedded system’s software and hardware, as well as its customizability. Embedded CNC combines embedded system technology and traditional CNC technology, with the characteristics of strong function, low cost, small size and so on. In terms of social benefits, embedded CNC can greatly popularize numerical control with industrial prospect [1].Embedded systems provides a flexible and convenient control system for numerical control technology, which can be embedded in the industrial system, capable of continuous long-term reliable operation in the industrial environment for micro and cheap control system. At present, the research and application of embedded systems, has become a new trend.ARM (Advanced RISC Machines) processor is a high performance and low power embedded microprocessor. Transplanting the real-time operating system on the ARM processor can improve the reliability and stability of the system, realize the real-time management and improve the performance of the system.This CNC system uses ARM processor, developing numerical device of high integration, stability, high speed and accuracy.Analysis of Embedded CNC and its General Structural Model DesignCNC system receives code information from input device, and various information and instructions are output after compilation, arithmetic and logic processing by logic circuit or system software of NC, and controls all parts of the machine, provides orderly movements[2].Design of embedded system generally consists of two parts: design of hardware platform and software design. Design of hardware platform includes choice of embedded processors, peripheral circuit design and selection of development tool hardware is also crucial. Then we can do the choice of OS (Operating System) and the development of application. The choice of OS is the key to the entire software design; it relates to the difficulty of system development, system operation stability and reliability, and application development, and so on. Before the operating system starts, system initialization is implemented, initializing the system execution environment, basic equipment. Then the transplant of the operating system, the driver development and finally the application development and testing on the operating system are implemented.The embedded numerical control system is composed of three layers--the hardware layer, the operating system layer and the numerical control software layer. The hardware layer of the embedded NC system is composed of the hardware structure of the ARM processor and the motion control chip.As the first step in the research of Embedded NC system, S3C44B0X processor development board is used, which integrates the ARM processor S3C44B0X, memory, FLASH, ARM memory and so on.The development board also integrates the functions of network and serial port, power and manual reset, which greatly reduces the workload in hardware development. ARM development board and the external circuit, constitute the ARM processor hardware architecture.Operating system layer of embedded CNC system uses Linux, which is an open source code embedded real-time operating system. Linux is a multitasking operating system, which has a feature of being able to be cut according to the needs.Using Linux makes control software of embedded CNC system relatively simple. So the system has the ability of multi task processing and good real-time performance. The operating system layer includes memory management, task management, device management, motion control chip interface, communication interface, etc. In the top is the numerical control system matching software, mainly including the various control functions, such as control function of motion control chip, etc. Hardware Design of Embedded CNCA master-slave dual CPU structure model is used in the embedded numerical control system. The main CPU is ARM processor, which is used in the management of keyboard input, LCD, serial port and network communication, and to control the slave CPU through read and write bus, which is motion control chip, PCL6045, used to complete the complex motion control. The communication between PCL6045 and ARM processor is to read and write several addresses on the bus to carry out instructions and data transmission. In addition, the system's input and output I/O port, keyboard, network and so on is also controlled by the bus. Figure 1 shows the overall structure of the hardware of the embedded CNC system.Fig.1 General Structure of Hardware in Embedded CNCConnection Between PCL6045 and 3C44B0X PCL6045 is a powerful DSP motion control chip in PCL series. PCL/PCD series chip is a special purpose DSP (digital signal processing) motion processor designed for the purpose of stepping and servo control. With its features of powerful, simple and easy to use, excellent quality, and competitive prices, PCL6045 has occupied most of the market in the United States, Europe and Japan, and become the world's first brand. PCL6045 can receive commands from the bus interface or support manual input for real-time motion control, including uniform and variable speed pulse transmission, lifting speed planning, linear or circular interpolation, etc. The highest frequency of the chip output pulse reaches 6.5MHZ. The chip cancontrol four axes interpolation and perform continuous interpolation motion of multi segment line and circular arc.In order to simplify the structure of the software, a function library is built, which is used to manage the operation of the PCL6045 chip. According to the data book of PCL6045 chip and the specific use of the system, the function library includes dozens of functions, such as:1) Parameters setting functions (setting distance, velocity, acceleration, etc.).2) State reading functions (reading the current position, origin and limit switch state, etc.).3) Motion functions (point position motion, continuous motion, circular interpolation, return to zero, etc.).4) Stop and interrupt management functions (rush and deceleration, etc.).The control function library of PCL6045 motion control chip is an important part of the software system.S3C44B0X’s address and data line separation, which has RD, WR, WAIT read and write control signal line.Design of the Basic Drive Module of the System According to the design of system hardware, the basic drive module includes: storage unit, display unit, keyboard unit, I/O unit, D/A unit, A/D unit, serial communication and network communication [3]. Below are the function, design principles and the main interface of the drivers.Storage unit driver: the driver module encapsulates the RAM area, FLASH read / write / removal and other low-level data operations, whose external interface format is divided by byte, word, double word, data block, which is the upper data management module.Display drive unit: display unit driving encapsulates the basic operation of the LCD module, using the basic instruction SED1335 controller provides, provides the basic call interface for display of text, graphics, etc., and encapsulates some commonly used graphic structure in the form of control for the upper software.Keyboard unit driver: the driver module encapsulates the keyboard scan subroutine, and can be invoked by timing routine, by specifying the scan time, the time for eliminating the jitter and providing keyboard encoding table and other parameters.I/O unit driver: input and output driver module, which provides reset operation for some independent I/O interface, and is encapsulated as reading and writing call in the form of control word. Serial communication driver: implements the basic operating functions, such as low-speed data stream transmitting, receiving, transmission, error detection and encryption.Network communication driver: the network card driver implements the protocol of TCP/IP, and establishes a complete network connection and transmission framework.Software Design of Embedded CNCEmbedded CNC software system takes embedded operating system as the core, through its core which is responsible for dynamic management system memory, implements task scheduling, coordinates the communication between tasks using signal, mailbox mechanism. It also implements the communication between tasks, procedures through message queue[4].The system software can be divided into five modules: system boot program Bootloader, embedded operating system kernel, device driver, API(Application Programming Interface) function, system task and application program.Bootloader is a program that runs before the operating system kernel. Through this program, you can initialize the hardware device, set up the boot parameter area, build the mapping graph of the memory space, construct the parameter structure and identify list (the kernel needs to use the boot parameter to identify the root device, page size, memory size), so as to make the system's software and hardware environment in a suitable state.Embedded operating system implements the core functions, such as task scheduling and control of embedded applications. It has the characteristics of compact core, configurable, and closely related with high level application.Device driver provides direct control and the use of the underlying hardware resources, and as a link between the underlying hardware and the upper API function, separating the underlying hardware and API functions, so that the underlying hardware changes will not affect API functions and applications. Therefore it is easy to maintain and upgrade the system only by changing the corresponding hardware drivers.API function provides the user with the basic control of the development and management system interface. Users can directly call the corresponding API functions for the application development based on the actual needs. In this way, not only the complexity of the application development is reduced and the development speeds up, but also the portability of applications is ensured and the convenience for upgrade is realized. [5]The function of system task module is to coordinate the scheduling between the main tasks to ensure the efficiency and real-time performance of the task.A series of specific functions can be realized through the application program. Users write the application according to the actual needs by calling the corresponding API function, the operation of the controlled object, to achieve the required functions. The coordination between application tasks can be implemented with the help of the system's message queue mechanism. [6]Debugging and ConclusionsSystem debugging is carried out in the quilting CNC machine, which includes a main control box with a motor, a tachometer disc and various other sensors.Embedded CNC system is a combination of embedded system and numerical control technology, which has become an important direction in the development of numerical control system. The design develops an embedded CNC system with dual CUP, ARM and DSP. The main CPU is based on the ARM core S3C44B0X. And the slave CPU is PCL6045 motion control chip, which is used to complete the complex motion control. In the software, the free open source Linux system is used as the software platform, and the Linux is improved to meet the real-time requirements of industrial control field. On this basis, the main functional modules of the CNC system were analyzed and designed.AcknowledgmentThe authors would like to thank the Outstanding Young Backbone Teachers Project supported by Guangzhou College of South China University of Technology.References[1] Wang Hujun, “Research on the development of domestic and international numerical control system”，Science Education , vol 2, 2011, p. 179[2] Xu Yizhen, “Embedded CNC milling system research based on ARM and real-time Linux” , Nanjing Aerospace University, 2012, pp.50-55.[3] Samsung Electronics S3C44B0X USER’S MANUAL Revision 1.Korea，Samsung Electronics Co. ,Ltd.[4] Zhou Junjie, He Panfeng, “Design of the real-time multi task software framework based on VxWorks”, Foreign electronic measurement technology, vol. 31(4), 2012, pp. 80-82.[5] He Haibo, “Study on key technologies of intelligent home furnis hing system based on embedded Linux”, Anhui Institute of Technology, 2012.[6] Cao Yuhua, Yu Youpeng, “Research on real-time embedded CNC system based on Xenomai”, Manufacturing Technology and Machine, 2011, (6), pp. 51~55.。

基于ARM嵌入式技术的数控机床控制系统的研究

触摸屏进行输入来完成。
图３系统软件结构图
１执行控制系统．２
执行控制系统主要是接收嵌入式开发平台发送的坐标数据，制相应电机运行及执行其他相应的控
２搭建交叉编译环境．１
交叉开发环境（ｒｓＤｖｌｐｎｎｉｎｅｔＣｏｓｅｅｍｅｔｖｏｍｎ）ｏＥｒ
ＭｉｉＵ实现图形用户界面操作并对整机进行控制，ｎＧＩ并建立了数控系统的调试环境，对开发的系统软硬件进行联机调试、件测试和实例加工。软测试和实例加工结果表明，基于ＡＭ和嵌入式Ｌｎｘ的数控机床控制系统技Ｒｉｕ
术方案是可行的，实现了预期的功能。
全独立于内核，本上由目录、ｈｌ库、基Ｓｅｌ脚本４个部、分组成；用户应用程序就是由用户自己开发，交叉编译后能够在ＡＲＭ板运行的程序。完整的结构，其如
图３所示。
系统应用程序
文件系统
时控制和数据通信。主要工作如下。一，过其第通ＵＢ接口读取数控编程源文件。Ｓ第二，对源文件中的指令进行解释处理，得到原始的机床控制数据；然
『键词］Ｍ；关ＡＲ嵌入式系统；ｉｕ；Ｌｎｘ数控系统【图分类号ＩＰ１．中Ｔ３１５２【献标识码】文Ａ【章编号１０９３２【０２０－０４０文１０ — ６１２１）１０９－４

基于ARM9的嵌入式数控系统的设计

基于ARM9的嵌入式数控系统的设计朱建富;戴国洪;施卫【摘要】The traditional NC system are compared and re search,found that most of the traditional NC system based on industrial controller hardware.on the hardware. The defects of traditional NC system based on the general industrial controller are analyzed.An embedded NC system based on ARM9 microprocessor as the core is presented.This embedded NC system which is based on ARM9 processor as hardware platform and used Windows CE5.0 as operating system.By using Embedded Visual C++ to develop user required procedures on Windows CE5.0 system platform.The limitations of traditional NC system are better compensated by this system. The system can reduce the cost greatly.Meanwhile, multitasks can be real-time and reliable to deal with.Owmg to the using of hardware interpolation instead of the traditional software interpolation,the processing surface quality has been improved.%对传统的数控系统进行了比较与研究,发现传统的数控系统硬件大多数基于工业控制器之上,分析了基于一般工业控制器的传统数控系统的缺陷,提出了一种基于ARM9微处理器为核心的嵌入式数控系统.该嵌入式数控系统以ARM9微处理器作为硬件平台,采用WindowsCE5.0作为操作系统,利用Embedded Visual C++在Windows CE5.0系统平台上开发用户所需程序.系统较好地弥补了传统数控系统的局限性,大大降低了成本,系统能可靠地实时地进行多任务处理,同时由于采用了硬件插补代替了传统的软件插补,提高了加工表面质量.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】3页(P34-36)【关键词】ARM9;嵌入式;Window CE5.0;数控系统【作者】朱建富;戴国洪;施卫【作者单位】常州大学机械工程学院,常州213016;江苏技术师范学院机械与汽车工程学院,常州213001;江苏技术师范学院机械与汽车工程学院,常州213001【正文语种】中文【中图分类】TH12;TG659;TP2731 引言目前国内的数控系统种类繁多，系统结构上也各有特点。

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收稿日期:2004-10-25 修订日期:2004-11-02作者简介:金晟(1979-),男,湖南衡阳人,硕士,研究生方向:嵌入式系统。

基于ARM 的嵌入式数控系统设计金晟,傅建中,陈子辰(浙江大学机械工程学系,浙江杭州310027)摘要:提出了一种新的基于ARM 的嵌入式四轴数控系统的设计。

该设计采用ARM 处理器为主CP U,运动控制芯片为从CPU,并采用实时的L C/OS 操作系统,使得系统很好地进行多任务处理,并保证了运动控制的实时性。

关键词:ARM;运动控制芯片;S3C44B0;PC L6045;四轴数控系统;L C/OS 中图分类号:TH164;TP391.8 文献标识码:A文章编号:1001-4551(2005)02-0056-03The Design of Control System Based on ARM and High -speed Pulse GeneratorJIN Sheng,FU Jian -zhong,CHEN Z-i chen(The De p a rtment of Mechanica l Enginee rin g ,z he j iang un iversit y ,Hangzhou 310027,China)Abstract:This paper introduces a new desi gn for four axes control system based on ARM and high -speed Pulse Generator.In this design,ARM is main CPU,and Pulse Generator is subordination CPU.By using rea-l time operating system L C/OS,system can be good at dealing wi th multitask and the real time of system con trolling.Key words:ARM;Pulse Generator;S3C44B0;Four axes control system;L C/OS1 引言后PC 时代,嵌入式产品逐渐占领市场。

高性能,低功耗,低成本是这些嵌入式处理器的主要特点。

在这些32位嵌入式处理器市场中,ARM 占有78.6%的份额。

自20世纪80年代中期以来,数字运动控制芯片伴随着半导体制造业、计算机制造业、数控机床、工业机器人及其他产业机械的快速发展而取得惊人的业绩,在一些工业发达国家已形成了一种新兴的产业。

许多公司已经开始采用数字运动控制芯片生产基于工业控制计算机的控制卡或者独立型的控制卡。

2 基于AR M 与运动控制芯片的控制系统模型2.1 数控系统结构模型及优点采用运动控器芯片具有以下好处:(1)缩短开发周期。

使用运动控制芯片使我们不再需要研发运动控制部分,能够大大缩短项目的研发时间和工作量。

(2)提高控制性能。

用专业高性能运动控制芯片控制,可使电机运动更快、更平稳、更安静、更精确。

(3)提高系统可靠性。

成熟的运动控制芯片中各项软硬件功能均已相当成熟,比用户自己开发的更为可靠。

同时采用此芯片后,控制器的硬件器件大为减少,软件程序大为缩短,均有助提高可靠性。

(4)降低软件研发成本。

软件开发简单、快速,可以由更少的软件研发人员花更少的时间完成复杂的运动控制编程。

因此,采用运动控制芯片能够大大减少工作量,并得到更优秀的控制性能。

采用运动控制芯片由运动控制芯片来完成复杂的运动控制,而ARM 处理器用来管理调度。

图1表示了基于这种思想开发的数控系统的结构。

图1 基于ARM 与运动控制芯片的控制系统模型#56#Mechanical &Electrical Engi neering Magazi ne Vol.22 No.2 2005 机电工程 2005年第22卷第2期2.2 数控系统的硬件结构AR M 处理器选用SANSUM 公司的44B0处理芯片。

S3C44B0是一款基于ARM7内核的32位RISC 架构的处理器。

其体积小、低功耗、低成本、性能高,支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件。

运动控制芯片选用PC L6045。

PCL6045是一种功能十分强大的DSP 运动控制芯片。

芯片能够控制四轴,并实现两轴到四轴直线差补、两轴圆弧差补。

所有插补计算由芯片完成,上位机只需写入圆弧的参数即可,其多轴插补控制功能特别优秀。

系统硬件采用主从式双CP U 结构模式。

主CPU 为ARM 处理器,用于键盘、显示,网络通讯等管理工作,而从CPU 即为PC L6045运动控制芯片,专门负责运动控制的处理工作。

PCL6045与AR M 的通讯是靠读写总线上的几个地址来进行指令和数据的传输。

控制系统硬件结构,如图2所示。

图2 控制系统硬件结构2.3 ARM 处理器与运动控制芯片的连接通过设置管脚IF0与I F1,PCL6045芯片与下面不同的CPU 相连,如表1所示。

表1 管脚与CPU 连接信号IF1IF0CPU管脚与CPU 连接信号RDWR A0WRQ L L 68000+5V R/W LDS DTAC K L H H8RD HWR (GND)WAIT H L 8086RD WR (GND)READY HHZ80RDWRA0WAIT设置IF1B IF0=0B 1,C PU 连接类型如H8。

如图3所示。

图3 ARM 与运动控制芯片的连接3 控制系统软件设计3.1 控制系统软件构架为了最大的利用系统硬件资源,并且还要保证实时性,所以使用了L C/OS 这个多任务实时操作系统。

使用到L C/OS V2.0操作系统,通过它实现多任务实时控制。

程序的编程语言为C 语言以及ARM 汇编语言。

L C/OS 的所有源代码都作为本程序的一部分,并与其它代码一起进行编译和链接。

系统的软界构架如图4所示。

图4 控制系统软件结构图程序运行时将会先后创建如下任务:(1)TaskStart 系统运行后创建的第一个任务,完成一些初始化工作以及创建其它任务,所有工作完成后此任务将会被删除。

(2)TaskMainMenu 主任务,系统的菜单、网络下载以及测试等都在此任务中完成,进入运动控制任务后此任务会被挂起。

(3)TaskControl 运动控制任务,负责编织过程中命令发送、运动芯片状态读取、IO 口操作等控制。

(4)TaskErrorControl 异常处理任务,负责运动过程中的异常处理。

#57#机电工程 2005年第22卷第2期 M echanical &Elec trical Engi neering Magazine Vol.22 No.2 2005(5)TaskStatusControl 运动状态任务,负责运动过程中的状态显示以及参数设置。

(6)TaskKeyInt 按键处理任务,负责对键盘输入的接收。

(7)TaskNetHandle 网络任务,负责对网络数据包的处理。

(8)TaskStatus 系统状态任务,负责显示CPU 利用率、编码器值等系统状态。

3.2 运动控制芯片的控制AR M 处理器通过总线操作,把命令写入运动控制芯片,使运动控制芯片来完成运动控制。

运动控制芯片缓冲地址线4位,接口地址如表2、表3所示。

表2 轴地址A4A3轴地址11X 轴10Y 轴01Z 轴0U 轴表3 每轴命令、buffer 及IO 口地址A2A1buffer 地址11C OME 命令地址10OTPW IO 口地址01B UFWO 运动参数低16位0BUFW1运动参数高16位指令控制模式过程:(1)往缓冲参数地址写入运动参数低16位;(2)往缓冲参数地址写入运动参数高16位;(3)往缓冲命令地址写入命令(即寄存器地址);当命令写入命令地址后,芯片根据命令(即寄存器地址),把运动参数写入相应的寄存器(如目标位置,初始速度,运动速度寄存器等)。

每个差数寄存器赋值都需如上写一次。

(4)写入开始运动命令。

当所有运动参数都写入后,往命令地址写入开始运动命令,芯片开始产生脉冲。

运动参数读出过程:(1)写入运动参数地址(寄存器地址);(2)读运动参数低16位;(3)读运动参数高16位。

芯片P0~P7管脚如果作为IO 口,对其读写操作,则直接对其地址读写操作。

3.3 F IFO 模式的寄存器组PCL6045内含具有FIFO(先入先出)缓冲功能的三个寄存器组,可使芯片内储存三段运动数据。

完成当前运动任务后,芯片会自动把下段运动的数据移至当前目标位置寄存器,并在过渡脉冲外保持各轴速度的连续性。

每完成一段运动,PCL6405会设置标志位并主动通知上位机,上位机只需在下两段运动完成前填入数据即可,这样上位机可以同时很好地处理其它工作又能保证各轴运动的连续性。

图5为寄存器组的工作模式。

图5 3个寄存器组工作模式4 结论PCL6045是一款功能强大的运动控制芯片,具有优秀的四轴控制及差补功能,在世界同类产品中稳居第一位。

而ARM 处理器具有强大的32位RISC 性能,体积小、功耗低,是一款高性能的处理器。

采用运动控制芯片,及ARM 处理器,能大量地减轻研发任务,提高研发速度,能够在短时间内得到控制性能优秀的数控系统。

而L C/OS 实时操作系统的加入,使得系统很好地进行多任务处理,并保证了系统的实时性。

参考文献:[1] 马忠梅.AT91系列ARM 核微处理器结构与开发[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003.[2] PCL6045数据手册[Z ].NIPPON PULSE MOTOR CO.LTD,2001.[3] um -s3c44box 数据手册[Z].SANS UM 公司,2001.[4] 郭伟.一种基于DSP 的四轴运动控制卡的研究与设计[J].电器自动化,2001,(2):18-20.[4] 李志勇,宋颖慧,侯爽.面向数控设备的嵌入式操作系统NC -Linu x [J].计算机工程,2004,(2):142-144.#58#Mechanical &Electrical Engi neering Magazi ne Vol.22 No.2 2005 机电工程 2005年第22卷第2期。