基于OMAP-L138+FPGA的皮革切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、皮革行業(yè)是我國輕工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。作為皮革制品的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，我國皮革產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對專用的柔性材料切割設(shè)備提出迫切需求。然而市場上的運(yùn)動控制器，控制卡以通用型居多，底層算法和硬件架構(gòu)的封閉，不便于開發(fā)適用于柔性材料加工的專用數(shù)控系統(tǒng)和控制算法。本文基于OMAP-L138+FPGA硬件平臺，以柔性材料加工為切入點(diǎn)，圍繞底層硬件電路設(shè)計(jì)、嵌入式操作系統(tǒng)的裁剪和移植、數(shù)控應(yīng)用程序開發(fā)及雙核通信等方面展開研究，設(shè)計(jì)了嵌入式專用數(shù)控皮革切割

2、機(jī)控制系統(tǒng)。
　　針對裁皮機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行了需求分析，并依據(jù)分析結(jié)果，制定了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。采用OMAPL138+FPGA硬件平臺，在ARM核上移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)，處理非實(shí)時任務(wù);DSP核移植DSP/BIOS實(shí)時操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)實(shí)時性要求比較高的前瞻和插補(bǔ)計(jì)算任務(wù)。FPGA設(shè)計(jì)了高低速IO，分別用于輸出脈沖信號和控制信號。
　　圍繞主控芯片進(jìn)行了系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。在主控單元，針對OMAP-L138處理器核心進(jìn)

3、行了外圍電路設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)內(nèi)容包括:電源電路設(shè)計(jì)、通信接口電路設(shè)計(jì)（網(wǎng)口、串口、USB、EMIFA等）、人機(jī)交互設(shè)備電路設(shè)計(jì)(LCD液晶屏和觸摸屏)。在轉(zhuǎn)接板單元，針對高低速IO接口進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)內(nèi)容包括光耦輸入輸出電路設(shè)計(jì)、功率放大電路設(shè)計(jì)、信號差分電路設(shè)計(jì)及編碼器采樣電路設(shè)計(jì)。
　　針對數(shù)控系統(tǒng)功能需求分析中所涉及的非實(shí)時性任務(wù)，在ARM端系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)時，創(chuàng)建了四個線程，分別用來處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、人機(jī)交互、加工文件

4、解析以及雙核指令和數(shù)據(jù)交互工作。此外，對用于存儲解析結(jié)果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并針對內(nèi)存空間的使用進(jìn)行了總體規(guī)劃。
　　針對數(shù)控系統(tǒng)功能需求分析中所涉及的實(shí)時性任務(wù)，在DSP端數(shù)控系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)時，創(chuàng)建了三個任務(wù)并規(guī)定了任務(wù)的優(yōu)先級別以及一個定時中斷。三個任務(wù)分別用來完成速度前瞻規(guī)劃、插補(bǔ)脈沖計(jì)算以及同ARM端的通信工作。定時中斷，用來將DSP插補(bǔ)計(jì)算的結(jié)果發(fā)送至FPGA。此外，針對DSP和FPGA的數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)了專用的通信協(xié)議。<

5、br>　　針對雙核通信，采用TI提供的DSPLink通信組件，設(shè)計(jì)了用于ARM和DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令交互的雙核通信方案?；赑ROC組件，設(shè)計(jì)了用于大數(shù)據(jù)讀寫的數(shù)據(jù)通信方式，完成零件加工數(shù)據(jù)的傳輸工作。采用MSGQ組件和POOL組件設(shè)計(jì)了消息隊(duì)列通信方式，實(shí)現(xiàn)了對小數(shù)據(jù)量的加工指令的傳遞功能。
　　最后，對搭載本控制系統(tǒng)的皮革切割機(jī)進(jìn)行整機(jī)測試。實(shí)驗(yàn)表明:該控制系統(tǒng)的切割效率高，刀具切割輪廓曲線平滑。驗(yàn)證了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方案的可行