数事执本与表用
基于嵌入式技术的数控系统设计
时炳彦
(爱恩爱（天津）高科技有限公司天津300308)
数控技术
摘要：随着丧入式技术的快遵发展，嵌入式技术应用于数控系统吸引了广大研究者注意。嵌入式数控系统集成了嵌入式技术、运动控制技术及表入式操作系统等技术，基于嵌入式处理器、运动控制芯片及嵌入式Linux操作系统的嵌入式数控系统，具有高性能、功耗低、成本低、体积小等特点，是研究开放式经济型数控系统比较可行的一种方法。本文首先期述了嵌入式数控系统总体结构设计，其次分析了系统硬件设计和软件设计
关键调：嵌入式技术数控技术Linux操作系统中图分类号：TG659
文献标识码：A
1、引言
文章编号：1007-9416(2012)04-0003-02
一个成熟的嵌人式系统，则会避免重复劳动，缩短开发周期。这就是
计算机数控(CNC)系统作为制造形状复杂、高质量、高精度产品所必备的基础设备，已成为当今先进制造技术的一个重要组成部分。然而，现今市场上组成CNC系统(以FANUC,SIEMENS等为代表的硬件模块和软件结构绝大多数是专用的、互不兼容的，系统各模块间的交互方式，通信机制也各不相同，这就造成了不同厂家控制系统的相对独立、彼被此封闭，
随着技术的进步，市场竞争的加剧，这种专用体系结构的数控系统越来越暴露出其固有的缺陷，一方面，各控制系统间互连能力差，影响了系统的相互集成，风格不一的操作方式以及专用件的大量使用，不但使用户培训费用增加，还给数控设备用户(NC系统的最终用户带来很多不便，另一方面，系统的封闭性使它的扩充和修改极为有限，造成数控设备制造商(NC系统中间用户)对系统供应商的依赖，并难以将自已的专门技术、工艺经验集成人控制系统并形成自已的产品特点，这将不利于提高主机产品的竞争力。此外，专用的硬、软件结构也限制了系统本身的持续开发，使系统的开发投资大，周期长、风险高、更新换代慢，不利于数控产品的技术进步。总之，数控系统的这一现状已不能适应当今制造业市场变化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需要，因此，迫切需要对CNC的设计进行革命性的变革，即需要一种新的具有配置灵活、功能扩展简使、基于统一规范的开放式数控系统，开放式数控系统应运而生。
嵌人式系统(EmbeddedSystem)是当今最热门的领域之它一般由嵌人式微处理器、外围硬件设备、嵌人式操作系统以及用户应用程序等组成。将嵌入式技术与数控技术相结合来开发嵌人式数控系统，较好地克服了基于PC的数控系统的不足之处。联人式数控系统是一种面向控制的、专用的、可裁剪的、高集成度的、开放性的、低成本高性能的数控系统。这种联人式系统采用RISC架构的32 位处理器，它体积小、低功耗、低成本、高性能，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从面有利于嵌入式数控系统的设计趋于小型化，移动性能大大增强。系统的硬件和软件可根据用户需要进行裁剪，灵活性通用性好，拥有内存管理单元MMU的嵌入式处理器能运行Linux，WindowsCE等强实时性操作系统，保证了程序执行的实时性和可靠性，而且这样的处理器主频最高可达
到700MHz，完全符合数控系统需要的高速度高精度的要求。 2、联入式数控系统总体结构设计
设计一个专用系统传统的开发过程大概描述如下：首先是需求分析，看看用户需要解决哪些间愿；然后是选择处理器和相应的硬件，选择的原则是用比较低的成本和简单的外设来解决问题，随后是硬件的设计（包括原理图和PCB)调试，先看硬件是否可以正常工作，接着调试软件，包括处理器的初始化、中断，外设等都需要自己编程序控制。联人式系统开发与传统的系统开发过程相比有很大的优势。如果我们有了一个联人式系统，它基本的处理器和核心电路是固定的，操作系统是移植好的。做产品，所需要做的工作就是根据用户需求，看看是否需要添加外设，然后编写所添加外设的驱动程序，最后就是编写应用程序，流程图如图1所示。可以看出，如果使用
嵌人式系统设计的价值所在。
选择嵌入式处理
用户需求
器及硬件平台开发结束
选择合适的嵌入式操作系统
在操作系统上开发应用程序
文
应用程序试通
是！整个系统测试
图1在嵌入式系统平台上的开发流程
3、嵌入式数控系统硬件设计
联人式数控系统硬件采用ARM+DSP双CPU结构，ARM采用 32位RISC芯片S3C2410,DSP采用32位高性能的MCX314As运动控制专用芯片。为便于开发，我们选用广州友善之臂计算机科技有限公司设计生产的基于S3C2410微处理器的SBC-2410X开发板作为主控板。它在尽可能小的板面上(120mmx90mm)集成了64M SDRAM.64MNandFlash,1MBoot Flash,RJ-45网-卡、音频输人与输出、USBHost、USBslave、标准串口、SD卡插座、用户按键和一些用户灯等设备接口，并且使用2.0mm插针槽引出CPU 的大部分信号引脚。可以方便的与PC机及其他外围系统进行通讯，不仅可以作为嵌入式系统的一个主板模块，而且适合于项目或产品的原型设计。然后设计基于MCX314As运动控制芯片的运动控制板，专门用来完成复杂的运动控制。
ARM运行嵌人式Linux操作系统，除插补、刀补、间障补偿以外的其他数控主程序运行在ARM上。ARM与显示和输人装置相连，负责人机交互，将编译后的插补代码通过总线接口发给DSP，通过总线，负责系统的监控，另外ARM还负责与外部网络连接，实现整个数控系统的网络化开发、调试、运行、管理、监控和诊断等。
在SBC-2410X主控板上设计有一个总线接口电路，这个电路已经把S3C2410芯片上的一些信号线包括16位数据线，12位地址线、片选信号和一些读写控制信号线引出来了，方便用户扩展应用电路。运动控制芯片MCX314As与S3C2410处理器的通讯就是通过这个总线接口电路，把两者的数据线、地址线、读写控制线、片选信号和中断等信号连接起来。
4、嵌入式数控系统软件设计
为了弱化功能模块间的耦合关系，增强系统的开放性和可维护
....下转第5页
9