基于嵌入式技术的可重构计算机数控系统的设计[外文翻译].rar

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基于嵌入式技术的可重构计算机数控系统的设计

摘要：一种基于嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统的计算机数控系统已经被构造出来，它的硬件平台是基于ARM和DSP设计的双CPU模型，这种结构常用于控制生产过程。FPGA模块实现了系统的柔性制造和重构，鉴于单任务软件结构的缺陷，本文采用嵌入式实时操作系统和软件层结构的方法来提高计算机数控系统的稳定性和任务发送的实时性。最后，这个方法的可能性在数控机床的应用中得到了证明。
关键词：计算机数控系统；可重构的；FPGA；实时操作系统。
I、引言
二十一世纪末计算机技术已经得到了很大的发展，出现了很多像RT-Linux、VX-Works、UC/OS-II的嵌入式实时操作系统。和桌面操作系统相比，嵌入式系统可以是减容的、实时和可靠的。就它们的好处而言，嵌入式系统广泛地用于工业、航天、军事和信息产业等等，伴随着计算机技术的发展传统制造业也发生了巨大的变化，许多工业国家把主要资金放在研究现代制造技术和提前一个以柔性制造为核心的新的制造模式上。计算机数控系统是制造业的核心。目前，很多设计师设计嵌入式系统和工业计算机运动控制器的结构并用桌面操作系统或者他系统来实时展开。由于桌面操作系统的代码很多且很难缩减，所以它不能达到嵌入式系统在实时特性和可靠方面的水平。同时，柔性制造系统要求控制系统能够动态地校准它的内部电路。综上所述，本文提供了一种基于嵌入式处理器、嵌入式实时操作系统和FPGA的计算机数控系统设计方案。首先，设计可重构硬件平台。其次，选择一个合适的嵌入式实时操作系统并将其移植到硬件平台。最后，设计应用程序。
II、数控系统硬件平台的设计
A 系统硬件的结构
对于硬件的建构，我们采用了嵌入式处理器---ARM和DSP，它们是主盘和接从盘的模型，ARM是主处理器负责通信管理、网络管理、人机接中管理、指令翻译、故障诊断等，DSP是作为轨道插补、位置控制、错误控制等特殊反应的从属处理器，FPGA实现系统的所有接口控制电路，它能随着加工环境的变化校准它们的内部结构，图1表示基于上述思想的计算机数控系统的结构
1） 作为主控制模块的ARM，ARM负责所有的系统控制和FPGA模块的组态，ARM和DSP之间的通信是通过双通道端口的RAM来实现的。
2） 作为从控制模块的DSP，DSP从双通道端口的RAM处获取主控制模块的指令，这些指令来源于RAM编译的G代码，在接收到这些指令以后，DSP就可以独立地完成轨道插补、位置控制和错误控制。