基于双核架构的嵌入式数控系统设计.pdf

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1、2012年10月机床与液压Oct．2012第40卷第20期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．40No．20DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．20．034基于双核架构的嵌入式数控系统设计王宏丽，．黄为，王云宽(中国科学院自动化研究所，北京100190)摘要：以ARM9和DSP双核架构为硬件基础，以Linux嵌入式操作系统和图形界面软件Qt／Embedded为软件基础，开发出一套硬件上结构清晰、功能上易于扩展和剪裁、具有一定通用性和开放性的数控系统，详细介绍了该数控

2、系统的各个功能模块。关键词：数控系统；嵌入式；双核架构中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)2O一113—3DesignofEmbeddedCNCSystemBasedonDualCPUsWANGHongli。HUANGWei，WANGYunkuan(InstituteofAutomation，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract：Basedondual—CPUstructure．aCNCsystemtll

3、opennessandcommonalityWasdesigned．ThissystemhasaclearhardwareframeworkanditssoftwarefunctionsareeasilytrimmedorextendeduponembeddedLinuxOSandQt／Embedded．Eachfunc-tionmodulewasillustrated．Keywords：CNCsystem；Embeddedtype；Dual—CPUstructure目前，数控系统已经发展到了第六代基于Pc机的外

4、围电路接口，包括按键输入电路、液晶显示电的计算机数控系统，代表性的数控系统有sI-路、USB设备电路、网络通讯电路等。MENS840D和FANNCR310，这类数控系统的优点是第二逻辑单元采用DSPTMS320F2812和CPLD作功能丰富、操作容易上手，缺点是体积大、成本高。为运动控制板的核心芯片，在此基础上根据系统需要基于嵌入式的数控系统体积小、功耗低、成本低，正设置了机床温度采样电路、机床零位检测电路、主轴好克服了基于PC机的数控系统的不足。而且随着微控制电路等。电子技术的发展，嵌入式微处理器与PC之间的性

5、能第一逻辑单元与第二逻辑单元之间采用特有的数差距也在不断缩小，在计算机数控领域体现了更加据总线方式进行通讯，保证高速和可靠性。明显的优势。第一逻辑单元第二逻辑单元Linux操作系统具有免费开放源代码、内核可剪裁、丰富的网络功能、可靠的安全性和稳定性、支持多平台等优点，可以以较低的成本设计出能满足特定需求的嵌入式系统。由于Linux的开源性和社区需'圈'嚣lNorII，0黧圜冒甘囡数床控性，开发人员还可以从互联网上获得强大的技术支持。作者以ARM9和DSP2812作为硬件基础，以图1数控系统的硬件结构设计Linux

6、嵌入式操作系统和图形界面软件Qt／Embedded2数控系统的功能设计作为软件基础，设计出一套硬件上结构清晰、功能上对应于硬件结构设计，将数控系统的功能按实易于扩展和剪裁、具有一定通用性和开放性的数控系时性要求分成两类：第二逻辑单元专注于实时性要统。求较高的运动控制功能，包括位置控制、速度控1数控系统的硬件结构设计制、插补运算等；第一逻辑单元负责包括界面显文中设计的数控系统采用双核架构，分为第一逻示、三维轨迹显示、代码解释、文件管理、参数设辑单元和第二逻辑单元，如图1所示。定等在内的实时性要求较低的人机交互功能。

7、功能第一逻辑单元采用ARM9AT91SAM9261芯片作为主控制芯片，在此基础上根据系统需要设置了相应设计如图2所示。收稿日期：2011—09—14作者简介：王宏丽(1985一)，硕士研究生，研究方向为控制理论与控制工程。E—mail：wh1．china@gmaikcom。·114·机床与液压第40卷层，然后分解到传输层发送；数据的接收先进入传输层，经过整合之后到达功能层。国图圉国国圉3嵌入式Linux软件实现的关键技术—[3．1嵌入式Linux系统搭建嵌入式Linux操作系统自下而上分为几个层次：圉圉国引导加载

8、程序BootLoader，内核与设备驱动，系统调用接口和其他类库，以及最上层的用户应用程序。为了建立上述各个层次，首先在装有Linux操作系统的图2数控系统功能设计Pc机上安装交叉编译器arm-linux．gcc4．0，用它来编2．1第一逻辑单元的功能模块设计译BootLoader和Linux内核；然后制作根文件系统，界面显示模块。该模块的作用是实现坐标和加工将BootL