基于I2C和雙ARM的PCB鉆床控制器設(shè)計

　　3.軟件設(shè)計

　　軟件部分主要由人機交互系統(tǒng)軟件和機床運動控制系統(tǒng)軟件組成。人機交互系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以軟件移植了μC/OS－II 操作系統(tǒng)。機床運動控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)比較簡單，但是這部分軟件有很強的實時性要求，所以軟件沒有移植操作系統(tǒng)，而是采用時間觸發(fā)模式編寫。

　　3.1 人機交互系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　人機交互系統(tǒng)軟件采用分層方式進行編寫。軟件分為系統(tǒng)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)層設(shè)計的主要任務(wù)是首先進行嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS－II 移植，然后再對操作系統(tǒng)內(nèi)核進行擴展，形成一個簡單高效的平臺。應(yīng)用層設(shè)計是在這個平臺的基礎(chǔ)上實現(xiàn)加工文件的操作，機床手動加工，機床自動加工，機床參數(shù)設(shè)置等任務(wù)。

　　系統(tǒng)層以μC/OS－II 操作系統(tǒng)內(nèi)核為基礎(chǔ)進行移植和擴展。所謂移植，是指通過編寫一定代碼，使得操作系統(tǒng)能夠在特定的處理器平臺上運行。根據(jù)μC/OS－II 的說明，移植包括對與處理器相關(guān)的OS_CPU.H,OS_CPU_A..ASM,OS_CPU_C.C 三個文件中的代碼進行移植[4]。在μC/OS－II 提供的內(nèi)核基礎(chǔ)上，通過設(shè)計驅(qū)動程序模塊，系統(tǒng)任務(wù)，操作系統(tǒng)的API 函數(shù)和任務(wù)調(diào)度模塊等對操作系統(tǒng)內(nèi)核進行擴展。通過設(shè)計實現(xiàn)LCD，鍵盤，K9F2808，I2C 總線和串口通信等的接口函數(shù)，建立驅(qū)動程序模塊，使操作系統(tǒng)API 函數(shù)和底層硬件分開。系統(tǒng)任務(wù)部分設(shè)計了LCD 刷新任務(wù)，鍵盤讀取任務(wù)，I2C 總線讀寫任務(wù)這三個基本任務(wù)，并隨著操作系統(tǒng)的啟動而運行。

　　應(yīng)用層在系統(tǒng)層提供的 API 函數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了主任務(wù)和機床手動加工，自動加工，文件傳輸，參數(shù)設(shè)置等任務(wù)。系統(tǒng)的入口函數(shù)Main 函數(shù)流程如圖2 所示。主任務(wù)函數(shù)結(jié)構(gòu)如圖3 所示：

　　3.2.LPC2214 程序設(shè)計

　　機床運動控制系統(tǒng)控制程序結(jié)構(gòu)比較簡單，程序模塊間相對獨立，但是實時性要求很高。由于嵌入式實時操作系統(tǒng)會占用一部分系統(tǒng)資源，影響系統(tǒng)的實時性，增加系統(tǒng)設(shè)計難度，所以，我們沒有移植嵌入式實時操作系統(tǒng)，而是使用簡單時間調(diào)度方式。使用該調(diào)度方式可以使程序具有較好的健壯性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)采用定時器來產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)度的節(jié)拍，利用定時器中斷程序進行調(diào)度。系統(tǒng)使用定時器0 產(chǎn)生系統(tǒng)的節(jié)拍，定時周期為1ms。系統(tǒng)利用PWM控制器的中斷和四個比較寄存器控制交流伺服系統(tǒng)進給脈沖的生成。我們把任務(wù)分成兩類：一類為周期任務(wù)，另一類為非周期任務(wù)。每一個任務(wù)都有一個任務(wù)控制塊，任務(wù)控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

　　typedef data struct

　　{void (*P_task)(void); //指向任務(wù)的指針

　　unsigned int Delay; //延時時間

　　unsigned int Period; //任務(wù)再次運行的間隔時間

　　unsigned int run; //任務(wù)需要運行的次數(shù)

　　}task;

　　任務(wù)控制塊包含了任務(wù)被調(diào)度的重要信息：任務(wù)是周期任務(wù)還是非周期任務(wù)，以及任務(wù)在何時運行，任務(wù)準備就緒的標志等?？刂葡到y(tǒng)的主要任務(wù)有：X 進給軸脈沖發(fā)送任務(wù)，Y 進給軸控制任務(wù)，Z1 進給軸控制任務(wù)，Z2 進給軸控制任務(wù),主軸電機控制任務(wù)，換刀任務(wù)等。

　　4.結(jié)束語

　　在控制器方案考慮和設(shè)計中，我們充分考慮了嵌入式系統(tǒng)對功耗，成本和尺寸的敏感性。基于I2C 的雙ARM 結(jié)構(gòu)的鉆床控制器具有性能優(yōu)良，系統(tǒng)集成度高，性能可靠，人機交互友好，可擴展性好的特點，相對于傳統(tǒng)的基于單片機的鉆床控制器在性能上有很大的提高。本設(shè)計為嵌入式系統(tǒng)在印刷電路板控制器中的應(yīng)用提供了新的思路，具有較好的應(yīng)用價值。