基于ARM和Linux的嵌入式数控系统设计.pdf

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1、·信息技术·屈杰敏，等·基于ARM和Linux的嵌入式数控系统设计基于ARM和Linux的嵌入式数控系统设计屈杰敏，罗福源，游有鹏(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：为了丰富ARM9处理器$3C2440A芯片的片上资源，采用单CPU架构设计了基于ARM和Linux的嵌入式数控系统。以Linux系统为软件平台，通过对Linux进行基于Xenomai的实时性改造，使之满足数控系统控制要求。最后对数控系统的软件结构进行研究设计，并介绍了数控系统实时任务与非实时任务的编程实现方法。关键词：AR

2、M处理器；Linux；嵌入式数控系统；实时；Xenomai中图分类号：TH12；TP272文献标志码：B文章编号：1671—5276(2013)05—0130—03DesignofEmbeddedCNCSystemBasedOnARMandLinuxQUJie．rain，LUOFu—yuan，YOUYou—peng(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NUAA，Nanjing210016，China)Abstract：Toenrichtheresourc

3、esonS3C2440AchipinARM9processor．anembeddedCNCsystembasedonARMandLinuxisdesigned，byapplyingsingleprocessorstructure．TheCNCsystemcanbeconformedtoindustrialcontrolstandardsandxenomaire。al·timetransformationthroughLinuxstandardkeme1．Finaly，thispapercompletest

4、hedesignofsoftwarestructureoftheCNCsys-ternandshowstheprogrammingmethodofforbothreal-timetaskandnon—real-timetask．Keywords：ARMprocessor；linux；embeddedCNCsystem；real-time；Xenomai在嵌入式微处理器中，ARM公司的众多系列产品都0引言被广泛地应用。其不同系列的产品定位于不同的应用市场，覆盖航天、军工、手持设备、工业控制等各行各业。将嵌入

5、式技术应用于数控系统，是数控系统发展的一$3C2440A是SAMSUNG公司的一款基于ARM920T核的个重要趋势。嵌入式数控系统既能完成传统数控的加工16／32位精简指令集嵌入式微处理器，采用五级流水线和要求，又具有嵌人式系统的特点：软硬件可裁剪，可对功哈佛结构。$3C2440A通过提供一套完整的通用系统外设能、可靠性、成本、体积、功耗等严格控制J。目前国内外从而减少了整体系统成本，无需配置额外组件。该芯片上已经有了一些成熟的嵌入式数控系统产品，但因大多采用集成了LCD控制器、USB主杌／设备接口、4路

6、PWM定时双处理器结构且采用特定的软硬件平台而具有一定的缺器、NANDFLASH控制器、A／D转换器、UART，SPI，IIC总点，因此本文将采用ARM9为硬件平台核心、Linux为软件线接口、SD卡控制器等等丰富的资源，可以为嵌入式数控平台设计一套基于单处理器的嵌入式三轴铣床数控系统，系统的研发带来极大的便利。对嵌入式数控系统进行新的探索。基于$3C2440A的嵌入式数控系统硬件设计如图1。$3C2440A芯片是整个数控系统的控制核心，运行操作系1基于ARM的数控系统硬件设计统和所有的软件程序。系统采用

7、容量为256M的NANDFLASH作为存储设备，挂接在系统总线上，其上存贮了所目前采用较多的方案是上位机与下位机协调工作来作有的数控程序、Linux内核映像文件、文件系统等。内存采为数控系统的硬件平台，其中上位机完成人机交互、代码解用64M的同步动态随机存储器SDRAM，足够满足数控系释、数据处理等任务，下位机完成具体的运动控制与信号采统工作要求。开机后，操作系统被装入SDRAM运行，随集。这种方案具有一定的优点，但是会使开发周期过长，且后数控程序也被装载到SDRAM运行。JTAG接口可为前对于经济型数控

8、系统成本的控制提出较高的要求。随着嵌期硬件的在线调试提供方便，串口可以用来进行与Pc机，开发人员可以将所有的数控任务的数据通信，也可作为操作系统Linux的控制终端。都放到一个处理器上完成，并在外围设计出相应的接口电$3C2440A内部可提供4路PWM输出，因此完全可以通路，借助于操作系统的资源管理，从而在最大程度上简化规过对这4路PWM进行滤波从而实现对伺服电动机的控制。范了数控系统的研发，同时能获得非常好的稳定性。因此，其