[doc格式] 基于sopc技术嵌入式数控运动控制器研究

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1、基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究信息技术—LUU—btINUJ5ChinaNewTechnologiesan

2、dProducts嗣囵团圜蹬阉■嵋■■篮—’圄■墨一基于SOPC技术嵌入式数控运动控制器研究蒙飚(柳州职业技术学院电子电气工程系,广西柳州545006)摘要:围绕满足新一代数控系统各种性能要求的目标,文章首先探讨了SOPC技术应用于数控控制领域的发展前景和优势,然后采用了集成有ARM核的FPGA处理芯片,提出了一种基于SOPC技术的嵌入式数控运动控制器的研究方案.初步研究表明,这种方案能很大程度的解决现有数控系统诸如系统开放性,实时性,可剪裁性和重构性差等缺点.关键词:SOPC技术;嵌入式处理器ARM:数控运动控制器1引言嵌入式系统是面向控制,监视的实时系统,采用SOPC(可编程片上系统集

3、高速微处理器,超大规模逻辑器件,大容量存储器为—体,具有很强的可重榭陛,开放程度高,控制实时性强.这种数控系统设计灵活,体积小,稳定陛好,低成本高性能.基于这种技术特点,采用SOPC技术设计的嵌人式数控系统,既能适应制造业高产高效高质量的要求,也能适应产品客户化,小批量,多品种,快速交货的要求.本文探讨了SOPC技术应用于数控控制领域的优势,构造了一种基于SOPC技术的数控运动控制器的研究方案.该控制器选用Altera公司的内嵌ARM922T硬核处理器的Excalibur系列FPGA(现场可编程门阵列)器件作为控制核心,采用结构化,模块化的硬件软件设计思路,达到了经济实用高效商l生能的效果

4、.2SOPC技术在数控领域应用的优势可编程片上系统SOPC(SystemO11aprogramChip)技术是当今超大规模集成电路的发展趋势,是微电子,半导体技术飞速发展的结果.近年来出现的可编程系统级芯片SOPC解决方案,得到了业界广泛的重视和迅速发展,这主要有以下几个原因:(1)超大规模的现场可编程逻辑芯片可以方便集成处理器,存储器和可编程逻辑(2)提供了掩膜ASIC的高集成度(低功率,小尺寸,低成本)及FP—GA的低风险,灵活性和快速匕市的特性(3)知识产权IP得到重视,提高设计效率并缩短产品上市时间(4)SOPC集成开发工具的成熟和完善,使得设计者能方便的使用开发工具开发验证适合要

5、求的产品田nI圆圆匣敲1暑尊缱BUS粪}理器部分fr===配置早兀PLD主控梗块分I图IExcalibur系刊FPGA~件芯片结构框图正是由于SOPC技术拥有这样的特点和优势,把SOPC技术应用于数控领域具有巨大的潜力和优势.在过去十几年各国对开放式数控系统的研究中,绝大多数的研究方案都充分利用了PC机的开放性通用性好的牦,或是利用了专用的硬件数控运动控制芯片实时陛强的特点,但是,由于PC机软件的实时性不好且稳定性有局限,而基于掩膜A—SIC技术设计的专用硬件数控运动控制芯片也有很多缺点,不能完全解决数控系统的缺陷.今天,SOPC技术的出现有希望解决传统数控系统的一系列不足.数控系统所需的

6、运动控制如轴控制,插补等算法完全可以用可编程逻辑器件来实现,脉冲时序的控制也可以通过硬件可编程器件实现,而代码编译,处理各种信号反馈所需的复杂算法能通过32位RISC高速处理器处理,这些器件都可以集成在一块可编程芯片上,实现真正的SOPC.这样,基于SOPC技术设计的数控系统,在系统开放性,通用性,可重构可扩展陛,硬件实时眭,单芯片系统的稳定隆部有了大大的提高.下面,作者研究了一种基于SOPC技术的数控运动控制器,更好的说明了SOPC技术在数控领域应用的优势.3基于SOPC技术的数控运动控制器的设计方案利用SOPC技术设计控制系统,首先是集成微处理器,本文研究的数控运动控制器选择的是嵌入了

7、ARM922T硬核的FPGA器件.图1给出了Ex—calibur系列FPGA器件芯片结构的框图,可以看出,该芯片单片集成了ARM核,高密度的FPGA,存储器及接口和控制模块,这些结构特陛能让工业标准的ARM处理器高速计算能力和芯片提供的高性能可编程功能最优地结合到一起,使得我们不需花大部分精力在设计处理器上,而是主要在数控系统控制功能实现上下工夫.利用这样的芯片设计数控控制系统,不仅简化了ARM与FPGA之间的通讯,也使