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ARM+DSP嵌入式 Linux 数控系统设计方案

消耗积分:1 | 格式:rar | 大小:0.4 MB | 2017-10-19

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  基于 ARM + DSP 的嵌入式 Linux 数控系统设计

  李善锋,刘敬猛,徐东,陈柏成

  ( 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京 100191)

  摘要: 提出一种以 ARM + DSP 等为硬件基础的嵌入式 Linux 数控系统设计方案,将数控系统按实时性分为实时模块和非实时模块,采用运动控制芯片 DSP 保证实时性,ARM-Linux 则运行实时性要求不高但功能复杂的数控任务。数控系统硬件上采用主从式双 CPU 结构,软件架构包括界面层、实时层和非实时层。该方案充分利用了 Linux 的健壮、开源、应用广泛和运动控制芯片 PCL6045 功能强大、算法成熟的优势完成高性能、低成本 3 轴联动数控系统的设计。实验结果表明: 该

  数控系统实时性好、可移植性强。

  关键词: ARM + DSP 结构; 嵌入式数控系统; Linux 操作系统

  中图分类号: TP273 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 3881 ( 2012) 13 - 094 - 4

  Design of Embedded Linux CNC System Based on ARM and DSP

  LI Shanfeng,LIU Jingmeng,XU Dong,CHEN Baicheng

  ( School of Automation Science and Electrical Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China)

  Abstract: A novel embedded Linux CNC system based on ARM and DSP was introduced. The CNC system was divided into real-time modules and non real-time modules. The motion control DSP chip can ensure real time,and the ARM-Linux was used to run non real-time complex CNC tasks. The hardware structure was dual-CPU of master /slave mode,and the software architecture contained in-terface layer,real-time layer and the non real-time layer. The design of high-performance and low-cost three-axis CNC system takes advantage of Linux‘s robust,open-source and the chip PCL6045 owned powerful function and sophisticated algorithms. The experi-mental result indicates that the embedded Linux CNC system has perfect real-time and portability.

  Keywords: ARM + DSP structure; Embedded CNC system; Linux operational system

  随着嵌入式技术的发展,ARM、DSP 处理器性能日益强大,而体积、功耗、成本却不断降低; Linux 操作系统健壮开源、支持多平台、软件资源丰富,可方便移植到嵌入式系统中。目前 ARM-Linux 技术在嵌入式领域得到广泛应用。近年出现很多专用运动控制 DSP 芯片如 PCL6045、MCX314 等,运动控制功能强大、插补算法成熟、实时性好。在这一技术背景下,作者提出一种基于 ARM + DSP 结构的嵌入式 Linux 数控系统设计方法,对数控系统小型化、集成化及经济普及化有实际意义。

  1 嵌入式 Linux 数控架构

  传统数控系统中广泛采用的解决方案为基于 PC

  机和运动控制板卡的结构实现方式: PC 机主要实现用户交互、文件管理以及通信等非实时数控操作; 运动控制板卡负责运动控制和机床 I /O 等数控系统中对实时性有严格要求的数控功能。这种结构将数控系统中各功能模块分为实时模块和非实时模块两类,由运动控制板卡来保证实时性要求,充分利用 PC 机软件丰富、功能强大的优势,可实现复杂空间插补算法,

  数控系统软件功能大大增多增强,形成数控即软件的

  概念。这种方案具有信息处理能力强、运动轨迹控制准确、开放程度高、通用性好等特点。但也存在以下缺点: 运动控制卡需要插入 PC 机主板的 PCI 或 ISA 插槽,因此每台数控装置都必须配置一台 PC 机作为上位机,无疑对设备的体积、成本和运行环境都有一

  [1]

  定限制,难以独立运行和小型化 。

  嵌入式 Linux 数控系统借鉴传统 PC + 运动控制板卡方式,将数控系统也分为实时模块和非实时模块

  分别实现。整个系统由硬件层、操作系统层和应用层组成。硬件层以 ARM-Linux 为总体控制核心完成数控系统中任务调度、NC 代码编译、人机交互、系统监视等非实时数控功能,以 DSP 芯片 PCL6045 为运动控制核心实现各种数控中的运动控制要求以保证实

  时性。

  硬件层之上是操作系统层,这一层又分为驱动层和内核层。开发过程中根据硬件配置,增加相应驱动程序,例如要添加相关存储设备、通信设备与 I /O 设

  备等驱动程序。内核层包括进程管理、内存管理和文

 

  

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