基于ARM+DSP的嵌入式Linux数控系统设计

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基于Linux和ARM的嵌入式智能控制系统软件编程的设计与实现

３）然后使用ＳＯＵＩ＇Ｃｅ命令，使配置生效
作者简介：顾而立，上海交通大学自动化系，硕士研究生，上海２００２２４０邵惠鹤，上海交通大学自动化系，教授．博士生导师。上海２００２２４０
５５
万方数据
ＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＶ０１．２４，Ｎｏ．８，２００８
技术交流
微型电脑应用
２００８年第２４卷第８期
ｊ＝ｏ
１
其中巧，Ｋ，也是可选择的参数。ｅｔ为当前时刻的偏差，
ｅ川为前一时刻的偏差，Ｔ为控制周期（秒）。舻ｉ互，曰取５－－１０之间的数，此对象中，取９＝６。
５小结
本设计无论在实验室还是工业上都能非常方便的达到智能控制的功能，将软件和硬件系统结合起来，形成真正的嵌入式产品。将是一个用途非常广泛且小巧的设备，而且成本低廉，意义十分重大。
１０）运行．，ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ—ｑｃｏｎｆｉｇｌｏｃａｌ—ｅｍｂｅｄｄｅｄ锄
——ｓｈａｒｅｄ－ｓｙｓｔｅｍ·－ｌｉｂｊｐｅｇ－ｓｙｓｔｅｍ－ｌｉｂｐｎｇ－ｓｙｓｔｅｍ－ｚｈｂ－ｑｔ－ｇｆｆ－ｔｈｒｅａｄ－ｎｏ－ｑｖｆｂ—ｎｏ－ｘｆｔ—ｎｏ－ｉｐｖ６－－ｑｔ－ｍｏｕｓｅ－ｌｍｕｘｔｐ－－ｎＯ—ｍｏｕｓｅ－ｐｃ—ｄｉｓａｂｌｅ—ｓｑｌ
（下转第４５页）
万方数据
ＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＶｏＬ２４，Ｎｏ．８，２００８
技术交流
微型屯脑应用
２００８年第２４卷第８期
为了了解和控制缺陷带来的费用，必须测量缺陷排除的效果。对于几十行到几百行的程序，可能只引入很少的缺陷。尽管发现和修复这些缺陷会带来一点麻烦，但通常不会花费很长的时间。但是，对于较大型的程序，就需要很多时间来发现和修复缺陷。在设计和编码阶段引入缺陷，当发现和排除这些缺陷时，又需要花费更多的时间进行重新设计和重新编码。在这段时间也会引入更多的缺陷。为了更好地解决这个个问题，就需要减少缺陷引入率，增加缺陷排除率。为了做到这一点，必须计算和跟踪缺陷的引入率和排除率。

基于ARM设计的嵌入式数控系统方案

基于ARM设计的嵌入式数控系统方案摘要：本文介绍了基于ARM 的嵌入式数控系统。

该系统为主从式结构，上位机以ARM9 为核心，实现人机交互，下位机以ARM7 为核心，结合FpGA 实现机床的运动控制，上下住机通过CAN 总线进行通信。

传统的数控系统通常是在通用计算机或工控机的基础上加装运动控制卡，使用Windows 操作系统，并安装昂贵的数控软件构成的。

此类系统成本高，功耗大，不太适合中小规模的应用场合。

而嵌入式产品具有系统结构精简、功耗低等特点，能弥补传统数控系统的不足。

目前，嵌入式数控系统主要有两种形式：完全依靠嵌人式处理器控制的系统以及嵌入式处理器和运动控制芯片相结合的系统。

与前者相比，后者南于采用了专业的运动控制芯片，在实时性和精度等方面的表现更好，因而成为未来的一个发展方向。

本文介绍了一种基于ARM 控制器和FPGA 运动控制芯片的主从式数控系统，希望能为AR M 在嵌入式数控系统中的应用提供一些参考。

1 总体设计本系统为主从式结构。

上位机以S3C2410 ARM9 控制器为核心，移植Linux 系统和QT／Embedded 图形库，主要实现G 代码文件处理、加工位置的显示、手动控制等人机交互功能。

下位机以$3C44B0 ARM7 控制器为核心，斯迈迪的SM5004 FPGA 芯片为运动控制器，实现电机驱动、冷却液开关、紧急停止等机床控制功能。

上下位机通过CAN 总线通信。

2 硬件设计2．1CAN 接口设计由于S3C2410 和S3C44B0 不带CAN 接口，所以必须对其进行扩展。

S3C2410 的CAN 扩展接El 如图1 所示，S3CA4B0 的CAN 接口与其相似。

一种基于ARM的嵌入式数控系统

一种基于ARM的嵌入式数控系统胡森;郭庆;王卫俊【摘要】In order to make CNC system more convenient to extend various interface and more versatile,a design of embedded CNC system based on ARM is presented.The main control panel is composed of ARM and its peripheral.The peripheral circuit is composed of the motion chipMCX314AL and its optical coupling isolation circuit.The processor S3C2440 is the core of CNC system,it is responsible for sending control command to the motion chip MCX314AL.The control pulse of electromotor is produced by the motion chip MCX314AL.The output pulse through differential driver can control several digital AC servo drivers and stepper motor drivers.The experiment result shows that the control of deceleration,interpolation and other actions of the motor can be realized,the motion state of each motor also can be real-time reflected,the system is high versatile and flexible.%为了让数控系统方便扩展各种接口,具有更好的通用性,提出一种基于ARM的嵌入式数控系统.ARM及其外围接口组成主控电路,运动控制芯片MCX314AL及其光耦隔离电路组成外围电路；嵌入式微处理器S3C2440是数控系统的控制核心,负责向运动控制芯片MCX314 AL发送控制命令；控制电机的脉冲由运动控制芯片MCX314AL产生,经过差分驱动输出,可以同时控制多个交流伺服驱动器和步进电机驱动器.实验结果表明,可以实现对电机的加减速、插补等各种运动控制并能实时反映各个电机的运动状态.可见,该系统具有较高的通用性和便捷性.【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》【年(卷),期】2013(033)002【总页数】4页(P114-117)【关键词】ARM;运动控制;嵌入式数控系统【作者】胡森;郭庆;王卫俊【作者单位】桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】P352.7数控系统正在向高速、高精度、高通用性的方向发展，对成本控制要求严格的同时对处理器性能的要求越来越高［1－2］。

一种基于ARM的嵌入式数控系统

用性和便捷性。
关键词：ＡＲＭ；运动控制；嵌入式 Fra bibliotek 控系统
中图分类号：Ｐ３５２．７
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７３－８０８Ｘ（２０１３）０２ — ０１１４一Ｏ４
ＡｎｅｍｂｅｄｄｅｄＣＮＣｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＲＭ
Ａｐｒ．２０１３
一
种基于ＡＲＭ的嵌入式数控系统
胡森，郭庆，王卫俊
（桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西桂林５４１００４）
摘
要：为了让数控系统方便扩展各种接口，具有更好的通用性，提出一种基于ＡＲＭ的嵌入式数控系统。ＡＲＭ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅＣＮＣｓｙｓｔｅｍｍｏｒｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｅｘｔｅｎｄｖａｒｉｏｕｓｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｍｏｒｅｖｅｒｓａｔｉｌｅ，ａｄｅｓｉｇｎｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄＣＮＣｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＲＭｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｐａｎｅｌｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆＡＲＭａｎｄｉｔｓｐｅｒｉｐｈｅｒａ１．ＴｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃｈｉｐＭＣＸ３１４ＡＬａｎｄｉｔｓｏｐｔｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｉｓｏｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｐｒｏ — ｃｅｓｓｏｒ￥３Ｃ２４４０ｉｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆＣＮＣｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｉｓｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅｆｏｒｓｅｎｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｍａｎｄｔｏｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃｈｉｐＭＣＸ３１４ＡＬ．ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｕｌｓｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒｉｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃｈｉｐＭＣＸ３１４ＡＬ．ＴｈｅｏｕｔｐｕｔｐｕｌｓｅｔｈｒｏｕｇｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｒｉｖｅｒｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｓｅｖｅｒａｌｄｉｇｉｔａｌＡＣｓｅｒｖｏｄｒｉｖｅｒｓａｎｄｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｒｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｃａｎｂｅｒｅａｌｉｚｅｄ，ｔｈｅｍｏｔｉｏｎｓｔａｔｅｏｆｅａｃｈｍｏｔｏｒａｌｓｏｃａｎｂｅｒｅａｌ — ｔｉｍｅｒｅｆｌｅｃｔｅｄ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｈｉｇｈｖｅｒｓａｔｉｌｅａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅ。Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ；ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏ１；ｅｍｂｅｄｄｅｄＣＮＣｓｙｓｔｅｍ

基于DSP处理器的嵌入式实时操作系统设计与实现

基于DSP处理器的嵌入式实时操作系统设计与实现嵌入式系统在现代科技中扮演着越来越重要的角色。

而嵌入式实时操作系统则是嵌入式系统的核心之一。

它不仅能够协调和管理系统中各个部件的工作，还可以为系统提供一定的实时性和可靠性保障。

因此，对于一个嵌入式系统设计者来说，实时操作系统的设计与实现无疑是一个必要而且极具挑战性的任务。

基于DSP处理器的嵌入式实时操作系统设计与实现，更是一个既难又重要的课题。

目前，很多先进的嵌入式系统均采用DSP处理器进行实现，其主要原因就在于DSP处理器具备高效、低功耗和高精度等特点。

因此，在该领域内掌握DSP 技术，进一步了解DSP处理器如何运作，并拥有开发基于DSP处理器的实时操作系统的能力，对于嵌入式系统领域的专业人士来说是非常重要的。

那么，什么是嵌入式实时操作系统呢？嵌入式实时操作系统是指一种需要满足实时性要求的嵌入式操作系统。

在实时操作系统中，任务的执行时间至关重要，具备良好的实时性能意味着系统可以对时间敏感的任务快速响应。

所以，在实时操作系统中，任务的调度和执行必须具备实时性。

接下来，我们将深入探讨基于DSP处理器的嵌入式实时操作系统的设计和实现。

一、DSP处理器的介绍DSP处理器（Digital Signal Processor），也称数字信号处理器，主要用于数字信号的处理和分析。

DSP处理器因为其在数字信号处理领域上卓越的性能而被广泛应用于音视频处理、无线通讯、人工智能等领域。

与传统的微处理器不同，DSP 处理器主要用于数字信号的处理，其具有高速运算、多线程、专用指令集等专业化特性，可以做到很高的运算速度和效率。

在嵌入式系统中，随着时代的发展，作为一款高速低功耗的数字信号处理器，DSP处理器的重要性与日俱增。

然而，要实现一款基于DSP处理器的嵌入式系统，并不是一件容易的事情，需要设计者熟练掌握DSP处理器的运行特性和指令集，并将其应用于实时操作系统的设计和实现中。

《基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用研究》

《基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用研究》一、引言随着科技的进步和工业自动化的发展，数控系统作为现代制造业的核心技术，其性能和效率的要求日益提高。

传统的数控系统受限于硬件架构和操作系统，难以满足高精度、高速度和高效率的加工需求。

因此，基于多核ARM的实时Linux操作系统在数控系统中的应用研究，成为了一个热门的研究方向。

本文将深入探讨这一技术的优势、应用以及潜在的研究方向。

二、多核ARM处理器与实时Linux概述多核ARM处理器以其低功耗、高性能的特点，在嵌入式系统中得到广泛应用。

实时Linux作为一种强大的操作系统，能够在多任务环境下保证系统的实时性，满足数控系统对高精度、高速度的处理需求。

将多核ARM处理器与实时Linux相结合，能够为数控系统提供更强大的计算能力和更稳定的运行环境。

三、基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用1. 硬件架构优化：多核ARM处理器具有多任务并行处理的能力，能够提高数控系统的处理速度和精度。

通过优化硬件架构，如采用高性能的多核ARM处理器、合理的内存布局和高速的数据传输接口，能够进一步提高数控系统的性能。

2. 实时性保障：实时Linux操作系统能够在多任务环境下保证系统的实时性，满足数控系统对高精度、高速度的处理需求。

通过优化实时Linux的操作策略和调度算法，能够进一步提高系统的响应速度和稳定性。

3. 数控系统功能扩展：基于多核ARM的实时Linux能够为数控系统提供更强大的计算能力和更丰富的功能。

例如，通过引入机器视觉、人工智能等技术，实现智能化的加工和检测；通过优化人机交互界面，提高操作便捷性和舒适性。

四、应用案例分析以某数控机床为例，采用基于多核ARM的实时Linux操作系统后，机床的加工精度和速度得到了显著提高。

通过优化硬件架构和软件算法，实现了多任务并行处理，提高了机床的响应速度和稳定性。

同时，引入了机器视觉技术，实现了自动检测和调整刀具路径，提高了加工效率和精度。

基于嵌入式Linux数控系统设计与实现

安全性和可靠
软件安全：采用 Linux操作系统，具有较高的安全性
可靠性测试：经过严格的测试和验证，确保系统可靠性
实时性分析：对系统的实时性进行分析和优化，确保满足数控加工的要求
实际应用案例分析
嵌入式Linux数控系统在工业自动化领域的应用
实时性能：保证系统的实时性，以满足数控加工的要求
安全性：提高系统的安全性，防止病毒和黑
客攻击
标准化：推动行业标准化，促进不同系统之间的互操作
性和兼容性
行业应用前景与市场机遇
嵌入式Linux数控系统在智能制造领域的应用将不断扩大
随着工业4.0的推进，嵌入式Linux数控系统的市场需求将持续增长
嵌入式Linux数控系统的设计与实现
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汇报人：
目录
01 添加目录项标题 03 嵌入式 L i n u x 数控
系统的硬件设计
05 嵌入式 L i n u x 数控系统的实现与测试
02 嵌入式 L i n u x 数控系统概述
嵌入式系统具有低功耗、小体积、低成本等特点，广泛应用于工业控制、智能家居、医疗设备等领域。
嵌入式Linux数控系统是一种基于Linux操作系统的嵌入式系统，用于实现数控加工、自动化控制等功能。
数控系统的概念和应用
数控系统是一种用于控制机床的计算机系统，能够实现高精度、高效率的加工。
选择合适的开发工具和软件库，简化软件设计和开发过程，提高开发效率和软件质量。
驱动程序开发与设备管理
驱动程序的作用：连接硬件和软件，实现数据传输和控制功能

《基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用研究》

《基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用研究》一、引言随着工业自动化程度的不断提高，数控系统在制造业中扮演着越来越重要的角色。

为了满足日益增长的复杂性和实时性需求，数控系统必须具备强大的计算能力和高效的响应速度。

近年来，基于多核ARM的实时Linux系统因其高性能、低功耗、高可靠性等特点，在数控系统中得到了广泛应用。

本文旨在研究基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用，探讨其优势、挑战及未来发展方向。

二、多核ARM与实时Linux技术概述多核ARM是一种基于ARM架构的多核处理器，具有高性能、低功耗、高集成度等优点。

实时Linux是一种用于实时系统的Linux变种，具有高实时性、高稳定性和高可靠性等特点。

将多核ARM与实时Linux相结合，可以充分发挥二者的优势，为数控系统提供强大的计算能力和高效的响应速度。

三、基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用1. 硬件架构设计在数控系统中，多核ARM处理器作为核心硬件，负责处理各种复杂的计算和控制任务。

通过合理的硬件架构设计，可以实现多任务并行处理，提高系统的整体性能。

同时，采用实时Linux操作系统，可以保证系统的实时性和稳定性。

2. 数控系统功能实现基于多核ARM的实时Linux系统可以实现对数控系统的各种功能进行高效处理，包括数控编程、机床控制、数据采集与处理、故障诊断与报警等。

通过优化算法和程序，可以提高系统的响应速度和计算精度，从而满足各种复杂加工需求。

3. 实时性能优化实时性能是数控系统的关键指标之一。

通过优化实时Linux 系统的调度策略、中断处理和任务优先级等，可以保证系统在各种负载下都能保持良好的实时性能。

同时，采用多核ARM处理器的并行计算能力，可以进一步提高系统的处理速度和响应速度。

四、应用优势与挑战1. 应用优势（1）高性能：多核ARM处理器和实时Linux系统的结合，使得数控系统具有强大的计算能力和高效的响应速度。

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基于ARM+DSP的嵌入式Linux数控系统设计
随着嵌入式技术的发展，ARM、DSP 处理器性能日益强大，而体积、功耗、成本却不断降低; Linux 操作系统健壮开源、支持多平台、软件资源丰富，可方便移植到嵌入式系统中。

目前ARM-Linux 技术在嵌入式领域得到广泛应用。

近年出现很多专用运动控制DSP 芯片如PCL6045、MCX314 等，运动控制功能强大、插补算法成熟、实时性好。

在这一技术背景下，作者提出一种基
于ARM + DSP 结构的嵌入式Linux 数控系统设计方法，对数控系统小型化、集成化及经济普及化有实际意义。

1 嵌入式Linux 数控架构传统数控系统中广泛采用的解决方案为基于PC 机和运动控制板卡的结构实现方式: PC 机主要实现用户交互、文件管理以及通信等非实时数控操作; 运动控制板卡负责运动控制和机床I /O 等数控系统中对实时性有严格要求的数控功能。

这种结构将数控系统中各功能模块分为实时模块
和非实时模块两类，由运动控制板卡来保证实时性要求，充分利用PC 机软件丰富、功能强大的优势，可实现复杂空间插补算法，数控系统软件功能大大增
多增强，形成数控即软件的概念。

这种方案具有信息处理能力强、运动轨迹控
制准确、开放程度高、通用性好等特点。

但也存在以下缺点: 运动控制卡需要插入PC 机主板的PCI 或ISA 插槽，因此每台数控装置都必须配置一台PC 机作为上位机，无疑对设备的体积、成本和运行环境都有一定限制，难以独立运
行和小型化［1］。

嵌入式Linux 数控系统借鉴传统PC + 运动控制板卡方式，将数控系统也分为实时模块和非实时模块分别实现。

整个系统由硬件层、操作
系统层和应用层组成。

硬件层以ARM-Linux 为总体控制核心完成数控系统中任务调度、NC 代码编译、人机交互、系统监视等非实时数控功能，以DSP。