基于ieee+1394总线数控系统实时通信的dma方式实现

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1、申请上海交通大学工学硕士学位论文基于IEEE1394总线数控系统实时通信的DMA方式实现学科专业：控制理论与控制工程硕士研究生：张伟指导教师：王伟上海交通大学电子信息与电气工程学院自动化系二零零九年五月AThesisSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterIMPLEMENTATIONOFCNCSYSTEMREAL-TIMECOMMUNICATIONBYDMAMETHODBASEDONIEEE1394BUSSpecialty：ControlTheoryandContr

2、olEngineeringAuthor：ZHANGWeiAdvisor：AssociateProfessorWANGWeiSchoolofElectronic,InformationandElectricalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaMay2009基于IEEE1394总线数控系统实时通信的DMA方式实现摘要随着数控技术的高速发展，高档数控机床可以实现高速高精加工功能，多通道、多轴联动和复合加工功能。为了达到这些优异的性能，建立一条数控系统和计算机之间的高速

3、实时数据传输通道成为关键。本文数控系统设计的目标是确保计算机与伺服单元的通讯能够满足实时性与可靠性的要求。为了达到要求，采取了以下方案：首先，选用IEEE1394总线连接计算机与伺服单元，因为应用高速高性能的数字伺服总线技术已经成为高档数控系统的一个重要特点和发展趋势。而IEEE1394总线具有支持400Mbps的等时和异步传输、可热插拔、点对点架构灵活等特性已经成为高速伺服总线的首选。第二，计算机操作系统采用Windows+RTX（RealTimeExtension），为数据传输软件提供了实时平台。最后，为了更进一步提高传输速度，根据开

4、放式主机控制器接口（OHCI）协议，实现了DMA方式进行异步数据传输，这样使数据的传输过程变得更加透明，而且更有利于跟踪数据的传输状态。本文主要研究了IEEE1394标准，包括IEEE1394体系结构、协议的分层结构及通信模型，这是整个系统的理论基础。之后分别从原理、特性和实际应用等角度详细分析了RTX实时环境。RTX作为Windows的子系统为那些具有强实时特性的Win32兼容的任务和线程提供了一种内核模式的可执行环境。另外，文中对数控系统的1394接口硬件作了详细的阐述。采用PCI-1394接口卡作为上位机接口，设计专门的1394前端

5、模块作为伺服控制模块的接口。随后，本文重点研究了1394OHCI协议，尤其对协议中DMA相关的寄存器做了细致分析，并且阐述了应用于数控系统的DMA方式传输原理，即通过RTX提供的API（应用程序接口）函数对1394芯片的寄存器进行直接的操作来实现数据的传输。之后，本文按照了“发送——接收”的传输模型，开发了1394DMA方式数据传输的软件，细致阐述了整个传输过程的流程，并且给出了RTX提供的API函数的使用方法。在软件的设计过程中，按照软件工程的要求对开发的程序进行了模块化，提高了代码的效率，使程序结构更加清晰。最后，对实现上位机与139

6、4前端模块间DMA方式数据传输的软件进行了测试，通过分析大量的测试数据验证了系统具有高可靠性和高实时性，足以满足高档数控系统的性能要求。关键词：IEEE1394总线，数据传输，实时性，DMAImplementationofCNCSystemReal-timeComunicationbyDMAMethodBasedonIEEE1394BusABSTRACTWiththerapiddevelopmentofNumericalControltechnology,ahigh-gradeCNCmachinetoolcanmeetthereqirem

7、entssuchashigh-speedandhigh-precisionmachining,aswellasmulti-channalandmulti-axiscontrol.ItisimportanttobuildadatatransmissionchannalbetweenNCandPC,inordertorealizetheexcellentperformanceofahigh-gradeCNCmachinetool.TheaimoftheCNCsystemdesignedinthisthesisistoensurethatthe

8、comunicationbetweencomputerandservounitcanmeettherequirementsofreal-timeandreliability.Thefollow