[发明专利]一种多轴联动嵌入式数控系统及其开发方法

说明书

一种多轴联动嵌入式数控系统及其开发方法，该开发方法所涉的步骤包括构建硬件平台、设计硬件电路、ARM‑linux嵌入式实时操作系统移植、多核处理器的RTOS开发、多核处理器的各内核之间建立通信、多核处理器与FPGA建立通信、外围电路模块的固件程序开发以及将DSP与FPGA固件程序、ARM应用程序固化至系统，而该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，电源模块分别与多核处理器、FPGA、外围电路模块连接，多核处理器还与FPGA连接。上述多轴联动嵌入式数控系统的开发方法可有效降低系统的设计难度，大大缩短开发周期，有利于用户集中精力解决具体的应用问题。

技术领域

本发明涉及数控技术与自动化控制技术领域，尤其指一种多轴联动嵌入式数控系统及其开发方法。

背景技术

在经济全球化和信息技术革命的影响下，国际制造业正在发生深刻变化，制造业的规模和水平已成为衡量一个国家综合实力的重要标志。数控( numerical control，NC)机床，特别是高档数控机床是国际装备制造业竞争的热点领域，加强数控系统技术领域的基础研究和共性关键问题的攻关，已成为装备制造业发展的当务之急。

目前，数控系统主要分为PC型数控系统和嵌入式数控系统，两者相比，PC型数控系统具有大量冗余软硬件，实时性低，且功耗高稳定性较低，而嵌入式数控系统的数据处理能力和模块控制能力相对较强，然而，传统的嵌入式数控系统也存在一些缺陷，例如：处理器的性能不足以支持复杂算法的执行，芯片之间的物理通信方案有丢失数据的隐患，平台可重构性不足以实现设备之间的互换，通信接口的传输速率有限，人机交互不够智能化等等。上述问题不仅是硬件处理器的原因，与所设计的数控系统结构、通信方案、控制算法等也有很大的关系，基于以上原因，传统的嵌入式数控系统的开发过程通常较复杂、周期较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多轴联动嵌入式数控系统及其开发方法，前述多轴联动嵌入式数控系统的开发方法可有效降低系统的设计难度，大大缩短开发周期，有利于用户集中精力解决具体的应用问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：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。

进一步地，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。