[发明专利]一种多轴联动嵌入式数控系统及其开发方法

权利要求书

1.一种多轴联动嵌入式数控系统的开发方法，包括以下步骤：

第一步，构建硬件平台，使用多核处理器作为数控系统的运算单元，并使用FPGA作为数控系统的控制核心；

第二步，设计硬件电路，需要设计的电路包括给整个数控系统供电的电源模块、基于FPGA扩展的外围电路模块以及多核处理器的RAM、ROM、GPMC接口电路；

第三步，ARM-linux嵌入式实时操作系统移植，先搭建多核处理器的Linux开发环境，再进行U-Boot编译与镜像文件制作、内核编译与镜像文件制作、文件系统编译与镜像文件制作，最后固化Linux系统至Flash中并制作Linux SD系统启动卡；

第四步，多核处理器的RTOS开发；

第五步，多核处理器的各内核之间建立通信；

第六步，多核处理器与FPGA通过GPMC接口总线建立通信；

第七步，外围电路模块的固件程序开发；

第八步，将多核处理器的固件程序、应用程序以及FPGA的固件程序固化至系统。

2.根据权利要求1所述的多轴联动嵌入式数控系统的开发方法，其特征在于：所述第二步中的外围电路模块包括电机控制输出模块、电机状态反馈模块、编码器反馈模块、通用输入输出模块和AD/DA模块，所述第七步中外围电路模块的固件程序开发包括对电机控制输出模块、电机状态反馈模块、编码器反馈模块、通用输入输出模块和AD/DA模块的固件程序开发，所述电机控制输出模块用于多轴脉冲同步插补输出，所述电机状态反馈模块用于反馈电机的状态，所述编码器反馈模块用于反馈电机当前的绝对坐标，所述通用输入输出模块为数控机床各类通用信号输入口和输出口，所述AD/DA模块为数控机床各类模拟量信号输入口与控制信号输出口。

3.根据权利要求2所述的多轴联动嵌入式数控系统的开发方法，其特征在于：所述第一步中的多核处理器采用内部集成两个ARM核与两个DSP核的异构多核处理器AM5728，所述第一步中的FPGA采用英特尔Cyclone10系列的FPGA芯片。

4.根据权利要求3所述的多轴联动嵌入式数控系统的开发方法，其特征在于：所述第四步中，选择异构多核处理器AM5728的DSP核进行RTOS开发：在Windows CCS环境下使用TI的RTOS开发包实现环境搭建，仿真器配置和仿真步骤，程序编译和运行。

5.根据权利要求4所述的多轴联动嵌入式数控系统的开发方法，其特征在于：所述第五步中，异构多核处理器AM5728的ARM核与DSP核之间建立高速通信：先对Syslink工具包进行配置、编译、安装，再使用SysLink工具包对应用程序进行编译，编译完成后，对应目录生成可执行文件。

6.根据权利要求5所述的多轴联动嵌入式数控系统的开发方法，其特征在于：所述第六步中，异构多核处理器AM5728与FPGA建立通信：将GPMC接口配置为异步模式并设置NORFLASH、非地址数据线复用的模式，异构多核处理器AM5728通过在Linux下调用GPMC驱动函数驱动GPMC接口，从而实现与FPGA高速数据通信。

7.一种多轴联动嵌入式数控系统，包括多核处理器、FPGA、电源模块以及基于FPGA扩展的外围电路模块，所述电源模块分别与多核处理器、FPGA、外围电路模块连接，所述多核处理器还与FPGA连接；

所述多核处理器用于规划数控机床各轴的运动轨迹并进行相应的运动控制算法处理和插补运算；

所述FPGA用于根据多核处理器传送的各轴脉冲值与方向值进行各轴同步插补以及实时读取外围电路模块的反馈数据并将其传送至多核处理器；

所述外围电路模块用于实现多轴联动，完成复杂曲面的加工，并实时检测各轴的运行状态；

所述电源模块用于给整个数控系统供电。