【摘要】：隨著智能制造和工業(yè)自動化進程推進,工業(yè)應用對機器人提出了越來越高的要求,特別是在多軸同步、高集成度、高可靠性等方面。系統(tǒng)驅(qū)控組件的集成化設計是目前機器人研究熱點之一,同時,系統(tǒng)驅(qū)控組件的性能也是實現(xiàn)機器人功能與性能的基礎。隨著電子技術的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了適用于集成式驅(qū)控平臺設計的多核處理器芯片。本課題結(jié)合當前發(fā)展趨勢,設計一種基于多核SoC的多軸運動控制平臺,用于實現(xiàn)機器人系統(tǒng)的實時控制和多軸同步控制功能�；诙噍S運動控制平臺的實時通信和同步控制需求,采用Xilinx Zynq 7020 SoC作為核心處理器,設計了雙核SoC多軸運動控制平臺的總體架構(gòu)。結(jié)合多軸運動控制系統(tǒng)與接口特征,完成了SoC運動控制平臺的硬件設計,主要包括SoC最小系統(tǒng)和Ethernet、USB、UART等主流通信接口設計。采用了AXI4-Lite協(xié)議接口,實現(xiàn)了SoC內(nèi)部單元的高速互聯(lián)。針對AMP系統(tǒng)架構(gòu)下雙核對共享資源的互斥訪問要求,提出了SoC系統(tǒng)共享資源的分配策略。針對多軸運動的同步控制要求,完成了SoC系統(tǒng)下處理單元間通信的時序設計。基于運動控制的功能完整性需求,設計了Linux+Xenomai實時操作系統(tǒng)和伺服裸機系統(tǒng)組成的SOC雙核系統(tǒng)。在Linux系統(tǒng)下,完成了平臺通信設備的驅(qū)動移植�；陔p核間多任務通信需求,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)訪問的互斥性與通信數(shù)據(jù)的多樣性需求,設計了核間信號量和數(shù)據(jù)消息郵箱。最后,設計了核間通信的數(shù)據(jù)鏈路,提出了基于輪詢機制的非周期性任務通信方法和基于硬件中斷的周期性任務通信方法,實現(xiàn)了核間多任務的實時通信和同步控制。最后,搭建實驗測試環(huán)境,進行了平臺接口功能測試,并進行了雙核系統(tǒng)間多任務通信功能和性能測試。測試結(jié)果表明,本文實現(xiàn)的多軸運動控制平臺具有完整的使用功能,系統(tǒng)的實時性和同步控制滿足運動控制的使用要求。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文處于存在錯誤或超時，如果有錯誤或超時則進行相應處理；（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，設置核間信號量，通知伺服進行響應；（5）查詢核間信號量，判斷伺服是否完成響應；（6）伺服響應成功后，讀取伺服響應幀數(shù)據(jù)（7）Linux 系統(tǒng)任務通信結(jié)束。伺服系統(tǒng)的具體操作如下：（1）通過 while(1)程序輪詢核間信號量，判斷通信是否處于存在錯誤或超時，如果有錯誤或超時則進行相應處理；（2）如果 Linux 已發(fā)起任務通信，則從郵箱中讀取目的數(shù)據(jù)幀；（3）解析目的數(shù)據(jù)幀，完成相應的指令操作；（4）將響應數(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，設置核間信號量，通知 Linux 系統(tǒng)已完成響應；（6）伺服系統(tǒng)任務通信結(jié)束。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文 周期任務通信技術在多軸運動控制過程中，雙核系統(tǒng)的周期任務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，，進而實現(xiàn)多軸運動控制。.1 數(shù)據(jù)鏈路設計在周期任務通信中，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，在雙核間進行單向傳輸。為了提高數(shù)據(jù)，分別設置發(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)。周期任務通信數(shù)據(jù)鏈路如圖 4.15 所
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN47;TP273

【參考文獻】

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