基于cpci工控机伺服控制系统研制

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1、基于CPCI工控机伺服控制系统研制　　摘要：鉴于某光电跟踪设备的伺服控制系统的板卡连接要求具有高的可靠性，本文研制了一套基于CPCI总线结构的伺服控制系统，并设计了基于CPCI总线的伺服控制卡，并对CPCI工控机软件和DSP伺服控制卡软件进行了设计。关键词：CPCI、伺服控制卡中图分类号：TP332文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）10-0001-021引言某船载的光电跟踪设备要求具有很高的可靠性，根据以往研制设备的经验，新研制设备的伺服控制系统欲采用CPCI工控机，CPCI工控机的板卡采用CPCI总线的连接方式，CPCI使用的是高可

2、靠的欧洲卡结构，采用2mm密度的针空连接器，具有高性能连接技术，为船载光电跟踪设备的伺服系统提供最优化的结构。2伺服控制系统的组成5伺服控制系统的硬件主要包含伺服控制卡、CPCI通讯卡和CPCI工控机。CPCI计算机通过CPCI总线连接串行通讯卡、伺服控制器，实现与其它分系统的通讯功能，同时对编码器、脱靶量及引导数据进行融合运算，并将运算结果通过CPCI总线传递至伺服控制卡进行融合跟踪。CPCI计算机软件接收各图像探测器的目标特征与航迹信息以及设备的实时状态信息，实现对同一目标不同谱段的多探测器、多数据源的数据融合处理和跟踪过程的智能决策处理。软件运行环

3、境为WindowsXP操作系统。软件在VC++6.0环境上进行开发。伺服控制分系统的组成结构如图1所示。CPCI计算机软件通过CPCI总线向伺服控制卡发送融合引导数据，实现融合跟踪功能，融合跟踪是利用光电跟踪设备上多传感器数据源及外引导数据源的信息进行融合处理，以实现对目标轨迹的精确预测，从而保证在数据源遇到干扰的情况下依然能对目标进行稳定跟踪。3伺服控制卡的设计伺服控制卡采用内插CPCI总线架构，其主要由DSP芯片、FPGA、PCI接口芯片、串行通讯芯片、A/D芯片等组成。伺服控制卡硬件结构如图3，主要完成功能有：（1）位置回路、速度回路的运算；（2）

4、采集编码器，电视脱靶量串行通讯数据；（3）单杆模拟量采集；（4）读取操控按键，并点亮相关指示灯；（5）与工控机进行CPCI总线数据交换。3.1DSP模块设计5DSP采用目前TI公司定点数字信号处理器TMS320C6416，主频1GHz，运算速度可达8000MIPS，最高速指令周期时间为1.0ns，每周期可执行8条32bit指令，具有VelociTI.2先进VLIW结构内核。8个独立的功能单元。6个ALU（32、40bit），每个单元每周期都可完成一个32bit、两个16bit或者4个8bit算术运算。2个乘法器支持每周期完成4个16×16bit乘法（结果

5、是32bit）或者8个8×8bit乘法（结果是16bit）。DSP6416具有运算精度高、速度快的优点，与以前的伺服控制卡的处理器具有很大的优势，为伺服控制系统应用更复杂的、先进的控制算法提供了硬件基础。3.2FPGA模块设计FPGA采用高性能的XILINX公司的XC3S2000型FPGA作为伺服控制卡的协处理器，具有200万的系统门，高达260MHz的系统带宽主要完成融合引导数据的采集、产生PWM调宽波信号、存储管理、实现DSP与数据交换、A/D芯片和串口芯片的接口逻辑、实现CPCI总线接口芯片的本地仲裁。由于系统设计时，采用了可编程逻辑器件FPGA，

6、使系统的逻辑控制和总线控制的设计非常简单、灵活。在设计的过程中，将DSP的地址总线、数据总线及读写控制等全部接入到FPGA内，利用FPGA的可编程特性，进行系统的时序和逻辑控制，内部设计结构图如图3所示。3.3CPCI模块设计5CPCI模块的设计主要是PCI接口设计，常用的设计方法主要有两种方法，第一种方法是充分利用FPGA器件的资源，用VHDL语言编程实现PCI接口的功能，第二种方法是利用专用的PCI总线的接口芯片，通过比较两种方法可知，第一种方法开发难度大，成本较低，第二种方法开发比较容易，开发周期短。考虑到本系统实际，在设计时，采用第二种方法，所选

7、用的芯片是PCI9054。CPCI模块设计如图4所示。4伺服控制系统的软件设计伺服软件设计主要包括两部分：CPCI工控机程序和伺服控制卡的DSP程序。CPCI工控机程序开发环境采用VisualC++，C语言编程。应用程序通过CPCI总线接收伺服控制卡发送的脱靶量和编码器数据，完成融合处理和记忆跟踪等算法。DSP伺服控制卡的软件开发环境采用TI公司的CCS，C语言编程，DSP程序接收编码器数据、电视脱靶量及跟踪状态，完成状态的切换、捕获算法和位置回路，速度回路的计算。CPCI工控机应用程序软件流程如图5所示。DSP控制卡软件流程如图6所示。为了保证实时性的

8、要求，修改串口卡的驱动程序，在驱动程序中完成数据打包和收发，以简化硬件底层与应用