国产FPGA助力开发者实现灵活高效的数控系统设计​

 

1

数控系统

数控系统是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，由基本硬件与控制软件组成。随着集成电路的发展，数控系统已经发展到第二阶段，即计算机数控系统（Computer Numerical Control，简称CNC，用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统）阶段。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。一般整个数控系统包括：控制系统、伺服驱动系统和位置测量系统。

2

传统数控系统的挑战

传统数控系统，硬件通常采用专用主板，系统结构复杂，硬件升级换代非常困难，数控功能扩展必须求助于系统开发商。现代数控系统不再沿用传统PC-Based数控技术，正朝着更灵活高效的方向发展。本文通过构建ARM+FPGA的硬件架构，以策略和机制相分离为设计思想（策略与机制分离对于灵活性来说很重要），建设集开放性高、插补能力强、可移植性好于一体的当代嵌入式数控机床控制系统以及基于FPGA伺服驱动系统的解决方案。

3

基于亿海神针系列FPGA实现的数控系统解决方案

中科亿海微亿海神针系列FPGA对标国外厂商的S6系列FPGA，该系列产品逻辑资源覆盖范围宽，LUT资源从9K到136K，产品封装种类丰富，能够满足用户不同的应用场景需求。本文介绍了基于EQ6HL45和EQ6GL9的数控系统架构方案，通过ARM+EQ6HL45的架构，可以充分利用FPGA的硬件可编程优势，提高数控控制系统的灵活性和伺服驱动系统的可扩展性，便于升级换代和应用场景扩展，提高研发设计效率。基于中科亿海微FPGA的数控系统架构方案如下所示：

图 中科亿海微基于ARM+FPGA架构的数控系统解决方案

 

基于ARM+FPGA的嵌入式数控系统，整合了ARM和FPGA的优势，提高了资源利用率和实时性，增强了数控系统的灵活性。充分利用FPGA强大的逻辑运算能力实现数控系统的精确插补及数控系统的加减速控制策略，效率和精度都远高于传统单片机嵌入式数控系统，并且二次开发更加容易，使数控系统应用软件具有可移植性，具有良好的应用前景。基于FPGA的伺服驱动系统完成伺服电机驱动算法和控制功能，并对反馈信号进行采集。该方案可增强系统的可扩展性，同时可以提高多轴同步伺服系统的精度和实时性能，提高系统稳定性、降低系统成本。

4

方案特性

亿海神针系列可编程逻辑芯片的加工制造全过程均在国内完成，供货周期和价格更有优势，帮助客户极大缩短了研发周期和产品上市时间；

具有可达千万门级的丰富逻辑资源，可重复编程，具有强大的并行处理能力，实时性更强；

采用ARM+FPGA的控制系统与传统数控系统相比，体积减小、能耗变低、控制性能大幅度提高；

可移植性强，用户自己可以进行二次开发，将控制系统升级换代以获取更高性能的数控系统。