【摘要】：隨著智能制造和工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程推進(jìn),工業(yè)應(yīng)用對(duì)機(jī)器人提出了越來(lái)越高的要求,特別是在多軸同步、高集成度、高可靠性等方面。系統(tǒng)驅(qū)控組件的集成化設(shè)計(jì)是目前機(jī)器人研究熱點(diǎn)之一,同時(shí),系統(tǒng)驅(qū)控組件的性能也是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人功能與性能的基礎(chǔ)。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了適用于集成式驅(qū)控平臺(tái)設(shè)計(jì)的多核處理器芯片。本課題結(jié)合當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì),設(shè)計(jì)一種基于多核SoC的多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái),用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和多軸同步控制功能。基于多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的實(shí)時(shí)通信和同步控制需求,采用Xilinx Zynq 7020 SoC作為核心處理器,設(shè)計(jì)了雙核SoC多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的總體架構(gòu)。結(jié)合多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)與接口特征,完成了SoC運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì),主要包括SoC最小系統(tǒng)和Ethernet、USB、UART等主流通信接口設(shè)計(jì)。采用了AXI4-Lite協(xié)議接口,實(shí)現(xiàn)了SoC內(nèi)部單元的高速互聯(lián)。針對(duì)AMP系統(tǒng)架構(gòu)下雙核對(duì)共享資源的互斥訪問(wèn)要求,提出了SoC系統(tǒng)共享資源的分配策略。針對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)的同步控制要求,完成了SoC系統(tǒng)下處理單元間通信的時(shí)序設(shè)計(jì)�；谶\(yùn)動(dòng)控制的功能完整性需求,設(shè)計(jì)了Linux+Xenomai實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和伺服裸機(jī)系統(tǒng)組成的SOC雙核系統(tǒng)。在Linux系統(tǒng)下,完成了平臺(tái)通信設(shè)備的驅(qū)動(dòng)移植�；陔p核間多任務(wù)通信需求,采用共享內(nèi)存OCM作為通信媒介,提出了OCM的管理方法�；陔p核間數(shù)據(jù)訪問(wèn)的互斥性與通信數(shù)據(jù)的多樣性需求,設(shè)計(jì)了核間信號(hào)量和數(shù)據(jù)消息郵箱。最后,設(shè)計(jì)了核間通信的數(shù)據(jù)鏈路,提出了基于輪詢機(jī)制的非周期性任務(wù)通信方法和基于硬件中斷的周期性任務(wù)通信方法,實(shí)現(xiàn)了核間多任務(wù)的實(shí)時(shí)通信和同步控制。最后,搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境,進(jìn)行了平臺(tái)接口功能測(cè)試,并進(jìn)行了雙核系統(tǒng)間多任務(wù)通信功能和性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,本文實(shí)現(xiàn)的多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)具有完整的使用功能,系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和同步控制滿足運(yùn)動(dòng)控制的使用要求。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文處于存在錯(cuò)誤或超時(shí)，如果有錯(cuò)誤或超時(shí)則進(jìn)行相應(yīng)處理；（3）通信狀態(tài)正常，將目的數(shù)據(jù)幀寫入郵箱；（4）數(shù)據(jù)幀寫入完成后，設(shè)置核間信號(hào)量，通知伺服進(jìn)行響應(yīng)；（5）查詢核間信號(hào)量，判斷伺服是否完成響應(yīng)；（6）伺服響應(yīng)成功后，讀取伺服響應(yīng)幀數(shù)據(jù)（7）Linux 系統(tǒng)任務(wù)通信結(jié)束。伺服系統(tǒng)的具體操作如下：（1）通過(guò) while(1)程序輪詢核間信號(hào)量，判斷通信是否處于存在錯(cuò)誤或超時(shí)，如果有錯(cuò)誤或超時(shí)則進(jìn)行相應(yīng)處理；（2）如果 Linux 已發(fā)起任務(wù)通信，則從郵箱中讀取目的數(shù)據(jù)幀；（3）解析目的數(shù)據(jù)幀，完成相應(yīng)的指令操作；（4）將響應(yīng)數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)幀，并重新寫入郵箱；5）數(shù)據(jù)幀寫入完成后，設(shè)置核間信號(hào)量，通知 Linux 系統(tǒng)已完成響應(yīng)；（6）伺服系統(tǒng)任務(wù)通信結(jié)束。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 周期任務(wù)通信技術(shù)在多軸運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中，雙核系統(tǒng)的周期任務(wù)通信主要用于完成周期性控更新和伺服反饋數(shù)據(jù)的讀取，，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多軸運(yùn)動(dòng)控制。.1 數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計(jì)在周期任務(wù)通信中，雙核系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)類別固定，數(shù)據(jù)量小。因此采用固箱完成周期通信的數(shù)據(jù)鏈路，并使用核間信號(hào)量完成系統(tǒng)通信狀態(tài)的切換。數(shù)據(jù)分為控制指令和反饋數(shù)據(jù)兩類，在雙核間進(jìn)行單向傳輸。為了提高數(shù)據(jù)，分別設(shè)置發(fā)送郵箱區(qū)和接收郵箱區(qū)。其中，發(fā)送郵箱區(qū)保存 Linux 系統(tǒng)的，接收郵箱區(qū)保存伺服系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)。周期任務(wù)通信數(shù)據(jù)鏈路如圖 4.15 所
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN47;TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2687139