基于USB的离线插补加工模块设计与实现.pdf

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1、·智能控制技术·徐艺臻赵东标刘凯等基于USB的离线插补加工模块设计与实现41基于USB的离线插补加工模块设计与实现徐艺臻，赵东标，刘凯，章永年(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：针对部分嵌入式数控系统因为实时处理能力有限而限制了加工精度的问题，设计了一种离线插补加工模块。该模块采用较短的插补周期和高速高精度的插补算法在PC机上离线生成插补数据，通过USB将数据动态加栽到系统中，实现高速高精度加工。最后通过实验仿真验证了该模块的可行性。关键词：离线插补；嵌入式；OHCI；传输策略，中图分类号：TP273文献标识码：A文章

2、编号：1672—1616(2010)17—0041—03在传统数控系统的加工过程中，插补计算和各RISC的技术，5级流水线，具有体积小、低功耗、成个坐标轴的位置控制是实时同步的。这种加工方本低、性能高等特点。CPLD是一种能让用户根据法可以称为实时插补加工。实时插补加工面临2各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路，具方面的问题：一方面，插补周期受到插补计算量的有编程灵活、集成度高和掉电后逻辑功能不丢失等限制，系统无法使用较短的插补周期；另一方面，许特点。多精度高、速度控制好的插补算法都需要较大的计算量支撑，实时计算量限制了优秀插补算法的

3、应用。对于处理能力有限的嵌入式数控系统，这2个总线问题更为严重。相对于实时插补加工，离线插补加工将允许离线处理的计算量全部从实时环节中分离出来，改由离线的PC机完成。借助于处理能力强大的PC图1离线插补加工模块的总体设计机，可以采用高精度、复杂的插补算法和较短的插系统采用CPU+CPLD的二级控制。在本模补周期，特别对于实现模具、航空等部件的高速高块中，CPU主要负责对特定格式离线数据的读取、精度加工有着重要意义⋯1。离线插补技术已有一解析和插补数据的传输，CPLD专注于各个伺服电些成功的应用方案，这些方案大多采用的是基于机位置控制和I／

4、O量的控制与反馈。PC机生成PC机的开放式数控系统结构[2]。在离线插补加工的离线数据包含了数控加工代码的所有信息：插补过程中，PC机不问断地将离线数据传输给运动控数据、主轴转速、刀具号和辅助功能等。每个插补制卡。对于嵌入式数控系统，采用PC机传输离线周期都对应了一组数据，所以离线数据量较大。本数据的加工方法将大大增加系统成本。本文设计模块使用USB存储设备动态加载数据，不仅减小的离线插补加工功能模块，采用容量大、成本低的了内存压力，同时也提高了效率。USE存储设备作为载体，将离线数据分块、有序、连续地传输给数控系统，最终实现了嵌入式数控

5、系2基于oHCI规范的USB驱动统的离线插补加工。本设计采用开放式主机控制接口规范(OHCI)实现USB设备的驱动。OHCI将较多功能定义在1总体设计硬件中，软件需要处理的内容相对容易，对系统的本离线插补加工模块总体设计如图1所示。处理能力和系统资源的要求低，适用于资源有限的设计使用s3C2410作为CPU，该CPU应用了嵌入式系统l3J。93C2410对OHCI规范有很好的收稿日期：2010—06—09作者简介：徐艺臻(1985一)，男，江苏无锡人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为数控技术。422010年9月中国制造业信息化第

6、39卷第17期支持，不仅针对其提供了4组寄存器：状态查询与地址分配成功后读取设备全部描述符，代码如下：控制管理、关键数据结构指针、帧计数和根HUBusb—get—descriptor(dev，USB—DT—DE一状态管理，还提供了OHCI兼容的USB主机控制VICE，0，&dev一>descriptor，size—of(dev一>de．器接口。scriptor))；2．1沼初始化至此就完成了USB设备的枚举，嵌入式系统便可运行开始，调用函数s3c2410一ohci—init()来以开始与设备进行应用层的通信。初始化USB。完成的主要工作是

7、USB主从设置、USB时钟设置和内存资源分配等。主要程序代码3离线插补数据传输如下：插补数据的传输是数控系统实时性要求最高gpio一>MISCCRl=MISCCR—USBPAD；的环节_5J。系统必须严格定时地将插补数据传送clkpower一>UPLLCON=0x78023：给CPLD处理，从而保证加工的连续性。离线插补加工存在数据量大的问题，对于复杂memset(&gohci，0，sizeof(ohci—t))；零件的加工，数据量可达到几十兆字节。将这样大memset(phcca，0，sizeof(structohci—hcca))；的

8、数据量全部下载到数控机床内存上再进行加工是不现实的，所以本设计借助于uSB存储设备，实其中将2个USB端口都设置为主机端口。现对数控系统的插补数据动态传输。本模块需要2．2传输链表的建立设计一