【摘要】：嵌入式數(shù)控系統(tǒng)是嵌入式技術(shù)在現(xiàn)代數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用,它集嵌入式、機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化等多種技術(shù)于一體,是數(shù)控系統(tǒng)一個(gè)重要的研究和發(fā)展方向。 為了滿足數(shù)控系統(tǒng)多任務(wù)、強(qiáng)實(shí)時(shí)性的功能需求,目前大多嵌入式數(shù)控系統(tǒng)采用“嵌入式處理器+運(yùn)動(dòng)控制器”的雙CPU結(jié)構(gòu)形式,其強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)功能主要在下位機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制器中實(shí)現(xiàn),因此對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器性能要求非常高,導(dǎo)致其開發(fā)難度較大、開發(fā)周期較長(zhǎng)。為此,本文充分利用當(dāng)前嵌入式主機(jī)的優(yōu)良特性及開發(fā)的便利性,嘗試將系統(tǒng)強(qiáng)實(shí)時(shí)性的任務(wù)功能在上層主機(jī)中實(shí)現(xiàn),而將下層運(yùn)動(dòng)控制器簡(jiǎn)化為一個(gè)帶精插補(bǔ)器的運(yùn)動(dòng)控制接口。 本文設(shè)計(jì)研究了一款以PC104嵌入式板卡為主處理單元的單CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng),并通過Linux實(shí)時(shí)擴(kuò)展在上層實(shí)現(xiàn)其多任務(wù)、強(qiáng)實(shí)時(shí)性的數(shù)控功能。主要研究工作和成果如下: 1.詳細(xì)分析了嵌入式數(shù)控系統(tǒng)在硬件上的要求,特別是對(duì)硬件的實(shí)時(shí)性需求。設(shè)計(jì)構(gòu)建了以PC104嵌入式板卡為主處理單元的,以FPGA為核心擴(kuò)展單元的硬件平臺(tái)。 2.為實(shí)現(xiàn)單CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)功能,對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了深入研究,提出了Linux+Xenomai架構(gòu)的多任務(wù)、實(shí)時(shí)性擴(kuò)展的系統(tǒng)開發(fā)運(yùn)行環(huán)境,并對(duì)該架構(gòu)進(jìn)行了實(shí)時(shí)性定量測(cè)試,驗(yàn)證了理論的正確性和架構(gòu)的實(shí)用性。 3.構(gòu)建了符合本嵌入式數(shù)控系統(tǒng)要求的嵌入式Linux系統(tǒng),安裝了Xenomai內(nèi)核實(shí)時(shí)子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了Linux+Xenomai的多任務(wù)、強(qiáng)實(shí)時(shí)性擴(kuò)展環(huán)境,并在此基礎(chǔ)上規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的核心軟件功能模塊。 4.對(duì)Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)架進(jìn)行了分析,總結(jié)了Linux字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)的一般流程,并以RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串口為通訊接口,在Linux系統(tǒng)環(huán)境下設(shè)計(jì)了一款數(shù)控系統(tǒng)專用鍵盤。 通過初步的性能測(cè)試,本文搭建的基于PC104嵌入式板卡和FPGA運(yùn)動(dòng)控制接口的數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái),構(gòu)建的以Linux+Xenomai架構(gòu)的多任務(wù)、強(qiáng)實(shí)時(shí)性擴(kuò)展環(huán)境,可滿足常用嵌入式數(shù)控系統(tǒng)功能的控制需求。
【圖文】：

2 數(shù)控系統(tǒng)硬件總體架構(gòu)綜合考慮數(shù)控系統(tǒng)上述性能和功能需求，，同時(shí)兼顧高性價(jià)比的原則，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行和設(shè)計(jì)，本文采用了“核心板+擴(kuò)展板”的硬件平臺(tái)模式，分別對(duì)應(yīng)為主機(jī)單元和接元兩部分。系統(tǒng)總體硬件架構(gòu)如圖 2.1 所示。

接口圖 2.3 系統(tǒng)接口擴(kuò)展單元結(jié)構(gòu)圖根據(jù)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件總體架構(gòu)以及上述硬件選型的原則和方法，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)板，搭建系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，其實(shí)物照片如圖 2.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TG659;TP368.1

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本文編號(hào)：2706217