ARM+PCL6045B的嵌入式運動控制器設(shè)計
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①系統(tǒng)初始化：進行微處理器的硬件初始化，包括輸入／輸出接口的配置、具體總線通信方式的配置以及伺服系統(tǒng)相關(guān)的接口參數(shù)配置。
②通信模塊：負(fù)責(zé)運動控制卡和上位機之間的坐標(biāo)值、速度值、數(shù)控系統(tǒng)的I／O接口狀態(tài)、報警狀態(tài)以及數(shù)據(jù)鏈表的傳輸。
實時域建立在RTAI實時內(nèi)核的基礎(chǔ)上。其實時任務(wù)通過實時進程的方式來完成，一種為周期性(peri_odic)實時進程，另一種為一次性(one shot)實時進程。實時域主要包括如下4個周期性實時線程：
①狀態(tài)檢測線程(rt_monitor_thread)。本任務(wù)對設(shè)備運行狀態(tài)進行檢測，負(fù)責(zé)從I／O端口讀入各個連接的I／O設(shè)備值，然后將狀態(tài)寫入狀態(tài)檢測緩沖區(qū)中，對設(shè)備急停、伺服報警、限位信號進行判斷，并進行相應(yīng)的處理。
②插補線程(rt_interpolation_thread)。從譯碼緩沖區(qū)中順序取得插補數(shù)據(jù)，然后根據(jù)是直線或者圓弧進行插補，插補得到下個周期應(yīng)該到達的理論坐標(biāo)值。
③位置控制線程(rt_position_thread)。讀取計數(shù)器中編碼器的數(shù)值，得到實際的位置，并與插補器中的理論位置坐標(biāo)作比較。根據(jù)差值調(diào)節(jié)PID參數(shù)，并將具體脈沖輸出數(shù)寫入對應(yīng)的PWM口的脈沖數(shù)寄存器中。
④功能控制線程(rt_function_thread)。功能控制任務(wù)利用RTAI實時管道來傳遞命令和狀態(tài)信息的功能。通過管道的命令設(shè)置實現(xiàn)Linux操作系統(tǒng)對實時部分RTAI的訪問，從而實現(xiàn)運動控制器的運行、暫停、給定速度等狀態(tài)設(shè)置。
2．1 軟件平臺的建立
軟件平臺是系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)軟件平臺主要包括：ARM-Linux的移植、串行接口驅(qū)動開發(fā)、USB接口驅(qū)動開發(fā)、LCD接口驅(qū)動開發(fā)、觸摸屏接口驅(qū)動開發(fā)、以太網(wǎng)接口驅(qū)動開發(fā)、文件系統(tǒng)的移植等。這些軟件的開發(fā)和移植在很多文獻中有詳細(xì)的說明。
2．2 運動控制函數(shù)庫的設(shè)計
通用運動控制器的功能主要取決于運動控制函數(shù)庫。要做成一個開放式的運動控制器，必須編寫豐富的運動控制函數(shù)庫，以滿足不同的應(yīng)用要求。運動控制函數(shù)庫要為單軸及多軸的步進或伺服控制提供許多運動函數(shù)，如單軸驅(qū)動、兩軸直線插補、3軸直線插補、圓弧插補等等。另外，為了配合運動控制系統(tǒng)的開發(fā)，還編寫了一些輔助函數(shù)，如中斷處理、編碼器反饋、間隙補償、通用開關(guān)量的輸入輸出等。這樣，用戶在開發(fā)應(yīng)用程序時就不必再關(guān)心底層的東西，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制人機界面，并調(diào)用運動控制函數(shù)庫中的函數(shù)，就可以開發(fā)出滿足要求的多軸運動控制系統(tǒng)。
2．3 對Ljnux進行實時化改造
由于Linux不是一個實時操作系統(tǒng)，所以，利用實時內(nèi)核補丁RTAI(Real Time Application Interface)。RTAI的安裝和使用詳見參考文獻[7]。該控制器所使用的Linux開發(fā)環(huán)境為ELDK(Embedded Linux DevelopedKit)3．0。Linux內(nèi)核為Linuxp pc_2_4_devel，而RTAI的版本為24．1．12。由Linux中的init_module()和cleanup_modtde()兩個函數(shù)加載和卸載實時任務(wù)模塊，通過這兩個函數(shù)進行實時線程及其處理函數(shù)的創(chuàng)建和回收。其關(guān)鍵程序如下：本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/152322.htm
2．4 應(yīng)用軟件設(shè)計
應(yīng)用軟件主要包括人機交互界面的設(shè)計、數(shù)控指令的編譯解釋、按鍵功能的實現(xiàn)、運動狀態(tài)的監(jiān)視等。通過操作系統(tǒng)ARM-Linux，可方便地實現(xiàn)上述功能，并進行多任務(wù)的調(diào)度。運動控制器根據(jù)輸入的數(shù)控指令文件，將其存入NAND Flash中。ARM處理器通過對數(shù)控指令進行譯碼、速度預(yù)處理、粗插補計算等，調(diào)用運動控制函數(shù)，進而發(fā)出控制指令控制步進或伺服系統(tǒng)去控制執(zhí)行部件進行動作，從而達到實現(xiàn)運動控制的目的。
結(jié) 語
本文綜合應(yīng)用ARM嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、DSP運動控制技術(shù)等多種技術(shù)開發(fā)出高性能的嵌入式運動控制器。該控制器相比傳統(tǒng)的基于PC機的運動控制器，具有成本低、體積小、功耗低、功能豐富、運行穩(wěn)定的特點和優(yōu)勢。以ARM微控器和PCL6045B為核心的嵌入式運動控制器，采用Linux操作系統(tǒng)，經(jīng)過對其進行實時化改造，使系統(tǒng)能很好地進行多任務(wù)處理，保證了系統(tǒng)的實時性。該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)高速和高精度的運動控制需求，具有良好的運動控制性能。該運動控制器的設(shè)計，為讀者提供了一種良好的解決方案，在運動控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
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