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基于ARM的嵌入式数控系统的研究
王军
浙江省杭州市中国计量学院机械电子工程学院

摘要：
现在对于研究开放式的数控系统正日益引人注目。其中许多都开放式数控系统的实现都是基于PC机和工业计算机的。几乎都不牵涉到嵌入式数控系统，然而期望的实时性与可靠响应得不到实现。本文将介绍一种基于ARM的新型可编程多轴控制器的数控系统（PMAC）。嵌入式数控系统是能替代传统工业计算机的，而且它是高性能低成本的。嵌入式数控系统以ARM处理器作为主控制单元，同时以多轴运动控制卡作为从控器，采用基于TCP／IP协议栈芯片W3100A的网络化接口以及μc Linux 操作系统。此操作系统可以很好的实现多任务处理，适合运动控制实时性和可靠性。嵌入式数控系统有待成为一种重要的开放式 计算机集成制造系统（CIMS）结构。

1 引言
目前国外的加工行业正在像中国转移，并且加工的特点也从过去的大批量低精度转变为了现在的小批量高精度生产。因此对加工设备提出了高柔性化，高精度的要求。为了满足这一点，越来越多的开放式数控系统出现了。
对于开放式数控设备的研究现在集中在三个领域： 第一是插补算法，刀具补偿和同步控制，许多学者都已创建了系列各种切削加工算法库，为减小加工误差做出了巨大努力；【1-3】第二就是数控系统的构架，目前，这些研究主要焦点在于如何实现基于PC机或者工业计算机的两级控制【4】。它的优点就是熟悉的开发环境以及快速开发，它的缺点就是成本高，数据冗余，实时性差；第三就是基于MCU-PMAC的构架【5】。因为需要对控制单元（MCU）有高性能及实时操作系统（RTOS）的要求，同时PMAC的价格昂贵，开发环境与windows先比也有很大区别，所以这方面的研究比较少。
在本文中，我们提议一种采用ARM9作为上位机，PMAC2作为下位机，μc Linux作为实时操作系统的嵌入式数控结构。
此系统是一个小型的计算机集成制造系统，它可以归纳为网络，ARM9和PMAC2三层构架包括了数据传输，控制和操作。它可由远程主机通过网络接口W3100A控制；与此同时嵌入式系统可以看做一个独立的主机实现像编写程序，仿真，加载和控制等操作。PMAC2属于第三层，它实现实时性任务比如：插补算法，刀具补偿和同步控制，配置上述提到的功能都是硬件的任务，同时软件配置包括两个方面，就是一套操作系统和应用程序。最终进行试验验证系统的功能。得出结论就是此系统能处理多个并行任务并且有望成为一种新型数控设备。本文的组织如下：第二部分介绍嵌入式数控系统的硬件结构；第三部分描述嵌入式数控系统的软件设计；第四部分介绍功能测试及结果；第五部分是讨论与总结；最后以参考文献作为论文结尾