基于ARM+FPGA的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).pdf

1、嵌入式數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)相比具有低成本,穩(wěn)定性、可靠性高,靈活性、擴(kuò)展性好等優(yōu)勢(shì),是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展方向之一。本文旨在設(shè)計(jì)開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、功能完備的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)。
　　本文首先分析了嵌入式數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)PC-base數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),論證了開發(fā)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的必要性,對(duì)四種現(xiàn)有嵌入式數(shù)控系統(tǒng)解決方案進(jìn)行分析,最終確定了“ARM+FPGA”雙核心控制系統(tǒng)架構(gòu)。通過分析各種總線通信方法,決定采用自定義并行總線實(shí)現(xiàn)ARM與FPGA之

2、間的總線連接,并開發(fā)了FPGA核心板以及外圍電路,完成了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì),所實(shí)現(xiàn)的硬件系統(tǒng)系統(tǒng)可以控制三路伺服電機(jī)以及32路IO口(16路輸入、16路輸出)。
　　針對(duì)所搭建的硬件平臺(tái)進(jìn)行了控制系統(tǒng)軟件開發(fā),綜合考慮嵌入式控制系統(tǒng)特點(diǎn),以及ARM與FPGA兩種嵌入式微處理器的優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)ARM與FPG所承擔(dān)的主要任務(wù)進(jìn)行了合理分配,最終決定采用ARM芯片作為上位機(jī),FPGA作為接口擴(kuò)展芯片的軟件總體方案。ARM端移植了LinuxCNC開

3、源數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核,實(shí)現(xiàn)了任務(wù)調(diào)度、G代碼編譯、插補(bǔ)運(yùn)算等工作;FPGA端利用VerilogHDL語言實(shí)現(xiàn)了脈沖發(fā)生器、編碼器計(jì)數(shù)器、IO口控制器等模塊,實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)接口處理功能。另外,本文自行定義了兩芯片之間的通信協(xié)議,開發(fā)了ARM端相應(yīng)嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)程序以及FPGA端VerilogHDL總線通信程序,從而實(shí)現(xiàn)了ARM與FPGA之間實(shí)時(shí)、有效的信息傳遞。
　　最后根據(jù)具體硬件設(shè)計(jì)了電氣控制系統(tǒng),搭建了電氣系統(tǒng)控制柜和三軸銑床