基于ARM的嵌入式服務(wù)機器人控制器的研究

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
服務(wù)機器人控制系統(tǒng)的硬件平臺設(shè)計至關(guān)重要。首先它是用戶控制邏輯的具體執(zhí)行者，服務(wù)機器人的各種控制功能必須通過硬件實現(xiàn)；其次它也是實時控制系統(tǒng)軟件移植和運行的硬件環(huán)境。這里采用部件模塊化，接口標準化，互換性、擴展性好，可靠性高的硬件設(shè)計原則。
服務(wù)機器人控制系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)控制服務(wù)機器人的導(dǎo)航、啟動、停車、運行控制、路徑規(guī)劃、安全監(jiān)控、遠程控制計算機通訊及語音識別等功能。該控制系統(tǒng)主要由主控、導(dǎo)引、驅(qū)動、通訊、安全與輔助、語音識別、液晶觸摸屏以及電源管理等單元組成。圖2為其功能結(jié)構(gòu)框圖。

嵌入式處理器是整個硬件系統(tǒng)的核心元件，其性能好壞直接決定整個系統(tǒng)的運行效果，所提供功能的強弱直接決定嵌入式應(yīng)用的適應(yīng)范圍和開發(fā)復(fù)雜度。嵌入式處理器一般具備以下特點：支持實時多任務(wù)操作系統(tǒng)；具有強存儲區(qū)保護功能；處理器結(jié)構(gòu)可擴展；功耗低。圖3為基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)的服務(wù)機器從主控制器模塊結(jié)構(gòu)。

選用三星公司ARM9系列的S3C2410處理器作為服務(wù)機器人的控制CPU，在嵌入式系統(tǒng)μC／OS-II下實現(xiàn)機器人控制。S3C2410處理器采用 ARM920T內(nèi)核，5級流水線指令結(jié)構(gòu)，片內(nèi)鎖相環(huán)，內(nèi)部時鐘可達200 MHz，因此可用來進行復(fù)雜控制算法，提高控制精度。S3C2410有117個I／O口和24個外部中斷源，內(nèi)部具有豐富的接口控制器，如：USB控制器、DMA控制器、UART控制器、I2C控制器等，這樣可簡化外圍電路，同時其內(nèi)部時鐘可達200 MHz，高性能指令集及可與C語言交叉匯編使其能完成復(fù)雜運算，提高服務(wù)機器人控制的實時性。
ARM處理器模塊通過兩個RS-232串口分別與傳感器模塊、伺服控制模塊連接，RS-232串口均丁作在中斷模式下，以保證系統(tǒng)的實時性。伺服控制模塊與傳感器模塊均基于TI公司的TMS320LF2407型DSP，伺服模塊可同時控制4路直流伺服電機，傳感器模塊可接24路超聲傳感器和24路紅外傳感器，模塊在設(shè)計時充分考慮到降低成本和功耗，同時注重其實時性和可靠性。