基于GD32H759的嵌入式運動控制系統解決方案
系統簡介
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202403/456364.htm近年來,由于社會高速發展,對運動控制系統的要求越來越高。傳統的基于PC及低端微控制器逐漸滿足不了現代制造的工藝要求。隨著嵌入式技術的日臻完善,嵌入式運動控制器已經開始在工業自動化市場上占據主導?;贏RM技術的微處理器具有體積小、低成本、低功耗的特點,在工業自動化運動控制領域具有廣闊的發展前景。
圖1運動控制系統原理
基于GD32H759系列超高性能MCU優秀的數據計算能力,硬件設計方案方案采用ARM+FPGA的架構。本運動控制系統總體設計方案,使用MODBUS-RTU/TCP及本公司自定義“太控”協議設計串口通訊程序,設計了動態表,將HMI的運動控制信息進行存儲,利用HMI畫面實現人機交互。硬件平臺設計如圖2所示。
圖2運動控制硬件平臺
系統框架
在系統中ARM是主處理器,用來實現系統的觸發、系統命令的發送、任務調度、切換等功能。FPGA是接收并解析ARM處理好的數據,并最終根據ARM的命令完成脈沖發送、脈沖計數及運動任務掌控等功能,作為ARM的外設使用。
大多工業自動化的運動控制都需要考慮到系統實時性、數據處理、以及實際應用的需求。ARM+FPGA的硬件設計方案以ARM(GD32H759)為主控制芯片,主要完成電機參數、插補計算、人機交互、加工文件管理等控制。輔助芯片FPGA負責完成各軸脈沖輸出、原點檢測、輸入信號處理等。
控制器關鍵參數規格列下表所示:
ARM+FPGA的架構與ARM+DSP架構比較,各有優勢,FPGA的構架能產生多路脈沖驅動波,在多軸配合、多軸運動控制、IO擴展、存儲等方面有絕對優勢,DSP架構優勢在于能實現復雜的數據計算。
在整體設計中,FPGA掛在ARM的地址空間上作為ARM的外設使用。FPGA要完成掌控任務首先要先在ARM中運行包含FPGA所在地址的指令,運行后ARM選中FPGA,FPGA接收到自己被選中的信息后檢測地址總線上ARM發送的地址數據,解析完成總線上傳輸的數據之后開始動作。寄存器也是運動控制最重要的一環,ARM對FPGA的完全控制就是通過提前對FPGA內部的寄存器進行配置。
圖3 GD32H759 MCU工作平臺
總結
GD32H759具有超強的計算能力,得益于優秀的GD32H759硬件平臺,控制系統采用ARM+FPGA的構架,能實現更多軸的同時運動控制,同等需求下較于ARM+DSP的架構硬件成本更低,產品在市場競爭中優勢更大。GD32H759經我們方案驗證,在實際運用過程中擁有極強的穩定性、優異的可擴展性。
工業自動化很多客戶的需求由原來的一機專用演化為一機多用,這種運動控制器在數據處理、數據存儲、IO配置、多軸聯動等功能上都要經得過考驗,而搭載GD32H759的ARM+FPGA的構架能很好的搭建出適應市場需求的平臺。
搭載GD32H759的ARM+FPGA構架控制器平臺在脈沖頻率上遠超原本的平臺,在特殊運用環境中可配置能力更高、適用性更廣、控制處理更快,能大幅減少加工時間。
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