嵌入式开发-基于sopc技术的嵌入式数控运动控制器的研究

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1、基于SOPC技术的嵌入式数控运动控制器的研究陈勇陈泉吕恩建(重庆邮电大学自动化学院，重庆，400065)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；数控运动控制器中图分类号：TP273文献标示码：AAresearchon

2、embeddedNCmotioncontrollerbasedonSOPCtechnologyCHENYong,CHENQuan,LVEn-jian（CollegeofAutomaiton,ChongqingUniversityofPostTechnology,Chongqing,400065,China）Abstract:Aroundmeetingthegoalstosatisfydifferentperformancerequirementsofanewgenerationnumericalcontrolsystem,th

3、ispaperinvestigatesthedevelopmentprospectandadvantageoftheapplicationinnumericalcontrolareawithsystem-on-a-Programmable-Chip(SOPC)technology,andthenutilizesachipwhichintegratedARMcoreandFPGAdevice,proposesaresearchprogramapproachtoakindofembeddednumericalcontrolmove

4、mentcontrollerbasedonSOPCtechnology.Thepreliminaryresearchshowsthat,thisresearchprogramcangreatlyresolvethedefectoftheexistingnumericalcontrolsystemssuchasthepoorinsystemopenness,characterofreal-time,cutabilityandreconfiguration,etc.Keywords:SOPCtechnology;embeddedp

5、rocessorARM;NCmotioncontroller1引言随着计算机技术、微电子技术、现代控制理论的快速发展，以数控技术为核心的制造业对推动生产力的发展发挥越来越重要的作用。这样，飞速发展的制造技术对数控系统的各种性能提出了更高的要求。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）技术设计的嵌入式系统集高速微处理器、超大规模逻辑器件、大容量存储器为一体，具有很强的可重构性，开放程度高，控制实时性强。这种数控系统设计灵活，体积小，稳定性好，低成本高性能。基于这种技术特点，采用SOPC技术设计的嵌入式

6、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高性能的效果。2SOPC技术在数控领域应用的优势可编程片上系统SOPC（SystemonaprogramChip）技术是当今超大规模集成电路的发展趋

7、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FPGA的低风险、灵活性和快速上市的特性（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求的产品[1]。正是由于SOPC技术拥有这样的特点和优势，把SOPC技术应用

8、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特点，或是利用了专用的硬件数控运动控制芯片实时性强的特点，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ASIC技术设计的专用硬件数控运