[发明专利]基于ZYNQ双核处理器的RTOS-GPOS双操作系统机器人控制器

说明书

本发明涉及一种基于ZYNQ双核处理器的RTOS‑GPOS双操作系统机器人控制器，包括ZYNQ双核处理器、以ZYNQ双核处理器为控制核心的外围硬件模块和以ZYNQ双核处理器为硬件基础的RTOS‑GPOS双操作系统，所述RTOS‑GPOS双操作系统包括主系统模块、从系统模块、系统启动控制模块和双核通信模块。本发明通过在双核芯片ZYNQ上建立基于非对称多处理架构的双操作系统并行运行机制，构建出一种双系统机器人控制器，可同时运行通用操作系统Linux和实时操作系统FreeRTOS，从而既能完成人机交互、路径规划等上层任务，又能执行运动控制、应急操作等实时任务，从而为机器人开发提供了一种轻便、通信效率高、复用性好的控制器，可以很好地满足实际应用的需要。

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种基于ZYNQ双核处理器的RTOS-GPOS双操作系统机器人控制器。

背景技术

机器人是一种机电一体化的控制对象，其控制软件既包含人机交互、路径规划等上层非实时任务，又包含运动控制、应急操作等底层实时任务。机器人控制系统的实现，目前多采用上位机+运动控制卡的形式，上位机运行通用操作系统来完成非实时任务，运动控制卡运行实时操作系统或裸板程序来完成实时任务。这种传统的控制结构使得机器人控制器需要至少两块控制板卡，增加了空间，同时上下层通信效率较低，复用性较差。

目前，国内外已经对新型的机器人控制器开展了研究。一些机器人团队提出了模块化的机器人控制器设计方案。例如由北京航空航天大学设计的基于ARM+FPGA的模块化控制器是其中一种选择。这种设计可以提高硬件平台重用性，缩短开发时间，但缺点在于ARM和FPGA的没有专门的通信通路，容易影响整体性能提升，FPGA的硬件加速特性也无法得以发挥。固高科技的四轴运动控制器采用DSP+FPGA实现，但单台价格相对比较昂贵，而且系统设计复杂，设计成本较高。

因此，有必要开发一种低成本，通信效率高，系统易于设计的机器人控制器。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的基于ZYNQ双核处理器的RTOS-GPOS双操作系统机器人控制器。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于ZYNQ双核处理器的RTOS-GPOS双操作系统机器人控制器，包括ZYNQ双核处理器和以ZYNQ双核处理器为控制核心的外围硬件模块。

进一步地，所述外围硬件模块包括电机驱动模块、应急制动模块、电机状态反馈模块、电源模块和人机交互模块；所述电机驱动模块包括差动驱动器电路和光耦电路，用于将处理器输出的脉冲信号、方向信号以及控制信号通过差动放大以及和光耦隔离控制伺服电机驱动器；所述应急制动模块利用伺服电机驱动器输出的电磁刹车控制信号控制继电器通断，控制抱闸电源的接通和断开；所述电机状态反馈模块利用伺服电机驱动器的串列通信功能，通过串口与驱动器进行通信；所述电源模块通过电源转换芯片以及稳压器件为其他各模块所供电；所述人机交互模块包括触摸屏和上位机连接串口，触摸屏用于人机交互软件显示，上位机串口用于与PC相连将通用系统输出信息打印到PC端。

进一步地，所述控制器还包括以ZYNQ双核处理器为硬件基础的RTOS-GPOS双操作系统，所述RTOS-GPOS双操作系统包括主系统模块、从系统模块、系统启动控制模块和双核通信模块。

进一步地，所述主系统模块包括通用操作系统Linux，用于控制从系统的启动关闭、运行上层非实时软件；所述从系统模块包括实时操作系统FreeRTOS，用于运行底层实时任务软件；所述系统启动控制模块运行在主系统模块中，用于控制在从CPU上加载和卸载非对称多处理架构下的从系统模块的过程；所述双核通信模块以驱动程序的形式运行在主系统模块中，以库函数的形式运行于从系统模块中，利用共享内存，在两CPU间建立通信通道，用于主系统和从系统间的通信。