基于SoC的NCSF总线系统的研究与设计.pdf

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1、第1期组合机床与自动化加工技术NO．12013年1月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJan．2013文章编号：1001—2265(2013)01—0049—05基于SoC的NCSF总线系统的研究与设计术邵新龙，尹震宇，杨东升，李明华’(1．中国科学院研究生院，北京100049；2．中国科学院沈阳计算技术研究所，沈阳110168)摘要：针对数控系统软件对强实时性，高可靠性总线系统的应用需求，提出一种基于SoC(SystemonChip)的NCSF(NumericalControlSyn

2、chronousFieldBus)总线系统实现方法。将NCSF协议栈的应用层和数据链路层实现在FPGA芯片上，用户层行规实现在数控系统软件上，两部分通过PCI接口进行通信。测试结果表明，新设计可提供速率为100Mps，同步抖动小于0．6txs，通信周期为31．25s的通信服务，能够满足高档数控机床的加工需求。关键词：SoC；数控系统现场总线；NCSF；FPGA中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AStudyandDesignofNCSFBusSystemBasedonSoCSHAOXin-long’，YINZhen—yu，YANGDong—sh

3、eng，LIMing—hua’(1．GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China；2．ShenyangInstituteofComputingTechnology，ChineseAcademyofScience，Shenyang110168，China)Abstract：InordertomeettheapplicationrequirementsoftheNCsystemsoftwareonastrongreal-time，highreliabilitybussys

4、tem，animplementationmethodofNCSF(NumericalControlSynchronousField-Bus)bussystembasedonSoC(SystemonChip)waspresented．ImplementedtheapplicationlayeranddatalinklayerofNCSFprotocolstackintheFPGAchipandleftprofilelayerinNCcomputerforfurtherrealization，thesetwopartscommunicatedviaaPC

5、Iinterface．Thetestresultsshowedthisnewdesigncouldprovideacommunicationservicethathad100Mpsrate，31．25Ixscommunicationcycleanditssyn—chronizationjitterwaslessthan0．6s．Anditcanmettherequirementsofthehigh—endNCmachinetoo1．Keywords：SoC；numericalcontrolfield—bus；NCSF；FPGA板卡，由主站板卡执行PC

6、机并行数据——总线串行O引言数据的发送／接收处理工作。主站板卡为简单的硬件数控系统现场总线¨以其高可靠性、抗干扰性转发电路，数据帧的封装、解封，差错控制，时钟同步等的优点适用于数控系统控制通信，随着现场总线在工作完全由总线系统执行，需要占用大量的CPU时间工业控制领域的应用，现场总线已经成为下一代数和NC主机内存，从而增加了NC主机的负载。控系统各设备单元之间数据交换的主要媒体。高档数控系统的特点是高速、高精，而高速高精的数控加工要求数控各设备单元之间的数据交换媒体能完成数据的高速实时传输，因此数控系统现场总线系统是决定下一代高档数控产业发展的一个重

7、要因素。传统的总线系统(具体系统结构关系如图1所示)实现为数控系统平台通信系统的一部分，主要完成上层应用软件如PLC模块，运动控制模块等与数控系统总线所连的伺服，I／0等从站设备之间的数据通信。总线系统通过NC(NumericalControl，数控)主图1传统总线系统结构关系机的通信接口(PCI、USB等)将通信数据发送到主站收稿日期：2012—06—13十基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(2011ZX04016—071)作者简介：邵新龙(1988一)，男，山东邹城人，中国科学院研究生院硕士研究生，研究领域为数控现场总线，(

8、E—mail)273540385@163．corn。·50·组合机床与自动化加工技术第1期中国科学院沈阳计算