基于Linux的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)底層軟件設(shè)計.pdf

1、數(shù)控系統(tǒng)是一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別對于高端的數(shù)控系統(tǒng)，它不僅僅要求數(shù)控機床具有高加工精度、高可靠性和對復(fù)雜曲線的計算能力，而且也要求能給用戶提供人性化的操作界面，因此，數(shù)控系統(tǒng)是一個計算機科學(xué)和機電系統(tǒng)相結(jié)合的復(fù)合體。 本研究課題以北京航空航天大學(xué)為廣州數(shù)控設(shè)備有限公司研發(fā)的五軸數(shù)控系統(tǒng)作實踐平臺，本論文以該五軸數(shù)控系統(tǒng)為出發(fā)點，研究基于Linux的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)底層軟件設(shè)計。該數(shù)控系統(tǒng)采用 ARM+FPGA+DSP+Linux

2、 嵌入式體系架構(gòu)，在ARM平臺上，移植了LinuX操作系統(tǒng)，采用MiniGUI 提供人機交互界面。 在嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中，底層軟件起著承上啟下的作用，是下層硬件電路和上層應(yīng)用程序(如：插補、譯碼等)之間的紐帶，底層軟件的方案關(guān)系到電路的設(shè)計方法，其方案的優(yōu)劣，又關(guān)系到上層應(yīng)用程序的穩(wěn)定性和執(zhí)行效率，因此底層軟件在整個系統(tǒng)中有著重要的地位。本文從以下四個方面闡述該數(shù)控系統(tǒng)底層軟件的設(shè)計。 一、數(shù)控系統(tǒng)是一個多任務(wù)和強實時性并

3、存的系統(tǒng)，在目前的數(shù)控系統(tǒng)中，對此問題的解決方案主要有RTLinuX操作系統(tǒng)和Linux+DSP 兩種。本文從內(nèi)存管理、進程調(diào)度等方面深入分析了LinuX和RTLinux的優(yōu)劣，論述了Linux+DSP方案的可行性，并詳細闡述了強實時性和弱實時性模塊的劃分方法。 二、為了使弱實時性模塊和強實時性模塊能分別在ARM和DSP上協(xié)調(diào)運行，本文分析了DSP HPI和ARM的硬件接口，根據(jù)DSP HPI的訪問時序，設(shè)計出ARM和DSP的軟

4、件通訊方案。 三、為了給用戶提供良好的人機交互界面，在Linux系統(tǒng)中移植了MiniGUI作圖形界面。本文分析了MiniGUI與硬件的接口原理，從人機接口硬件設(shè)計出發(fā)，闡述了MiniGUI的移植，以及相應(yīng)的Linux 底層驅(qū)動的實現(xiàn)方法。 四、FPGA 是 ARM、DSP 與伺服驅(qū)動器之間的橋梁，本文詳盡論述了FPGA控制邏輯的實現(xiàn)，通過FPGA，實現(xiàn)ARM和DSP對伺服驅(qū)動器等進行閉環(huán)控制。 本文所論述的ARM