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國(guó)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制器大致可以分為3類：運(yùn)動(dòng)控制器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部件。 目前。只能在一些低速運(yùn)行和對(duì)軌跡要求不高的輪廓運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)所應(yīng)用。 第1類是以單片機(jī)等微處理器作為控制核心的運(yùn)動(dòng)控制器。這類運(yùn)動(dòng)控制器速度較慢、精度不高、利息相對(duì)較低。這類運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單， 第2類是以專用芯片(ASIC作為核心處置器的運(yùn)動(dòng)控制器。大多只能輸出脈沖信號(hào)，工作于開(kāi)環(huán)控制方式。由于這類控制器不能提供連續(xù)插補(bǔ)功能，也沒(méi)有前饋功能，特別是對(duì)于大量的小線段連續(xù)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所不能使用這類控制器。以PC機(jī)作為信息處理平臺(tái)， 第3類是基于PC總線的以DSP或FPGA 作為核心處置器的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器。這類開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器以DSP芯片作為運(yùn)動(dòng)控制器的核心處置器。運(yùn)動(dòng)控制器以插件形式嵌入PC機(jī)，即“PC+運(yùn)動(dòng)控制器”模式。這樣的運(yùn)動(dòng)控制器具有信息處置能力強(qiáng)，開(kāi)放水平高，運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)確，通用性好的特點(diǎn)。但是這種方式存在以下缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)控制卡需要插入計(jì)算機(jī)主板的PCI或者ISA 插槽，因此每個(gè)具體應(yīng)用都必須配置一臺(tái)PC機(jī)作為上位機(jī)。這無(wú)疑對(duì)設(shè)備的體積、利息和運(yùn)行環(huán)境都有一定的限制，難以獨(dú)立運(yùn)行和小型化。 設(shè)計(jì)了一種基于ARM+DSP嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器。該控制器將嵌入式CPU與專用運(yùn)動(dòng)控制芯片相結(jié)合，針對(duì)這些問(wèn)題。將運(yùn)動(dòng)控制功能以功能模塊的方式嵌入到ARM主控板的架構(gòu)，把不需要的設(shè)備擴(kuò)充掉，既兼顧功能又節(jié)省成本。該控制器是一種可以脫離上位機(jī)單獨(dú)運(yùn)行的一種獨(dú)立型運(yùn)動(dòng)控制器，具有良好的應(yīng)用前景。 可以分別對(duì)ARM主控板和DSP運(yùn)動(dòng)控制板進(jìn)行設(shè)計(jì)，嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的硬件主要包括兩個(gè)部分：ARM主控板和DSP運(yùn)動(dòng)控制板。這兩塊控制板通過(guò)通用IO口以總線的方式連接在一起。設(shè)計(jì)時(shí)。最后再調(diào)試。這種將ARM主控板和DSP運(yùn)動(dòng)控制板分開(kāi)設(shè)計(jì)和調(diào)試的硬件方案，將設(shè)計(jì)難點(diǎn)分散，使設(shè)計(jì)和調(diào)試更簡(jiǎn)單。 外擴(kuò)存儲(chǔ)器和通用設(shè)備接口。ARM主控板的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用的ARM芯片為Samsung公司推出的1632位RISC處置器S3C2440A 主頻為400MHz最高頻率可達(dá)533MHzARM主控板以嵌入式處理器S3C2440A 為核心。 實(shí)現(xiàn)ARM主控板與運(yùn)動(dòng)控制板之間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)雙向傳送；外部NA NDFlash存儲(chǔ)器(64MB用于存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)指令；NORFlash存儲(chǔ)器(2MB用于存放系統(tǒng)運(yùn)行順序；SDRA M存儲(chǔ)器(64MB用于存放臨時(shí)數(shù)據(jù)；通過(guò)串口、以太網(wǎng)接口、USB接口與上位機(jī)系統(tǒng)通信，通過(guò)通用IO接口與DSP運(yùn)動(dòng)控制板通信。實(shí)現(xiàn)兩者之間數(shù)據(jù)的傳送；通過(guò)LCD接口，實(shí)現(xiàn)320240分辨率液晶屏的圖形與字符顯示，并具有觸摸屏接口，提供友好的人機(jī)交互界面；通過(guò)IO擴(kuò)展接口，提供可編程的數(shù)字IO通道；通過(guò)JTA G接口與PC機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行順序的仿真調(diào)試及下載，軟件升級(jí)接口。 并實(shí)現(xiàn)兩軸到四軸直線差補(bǔ)、兩軸圓弧差補(bǔ)。所有插補(bǔ)計(jì)算由芯片完成，本系統(tǒng)DSP運(yùn)動(dòng)控制芯片選用一種功能十分強(qiáng)大的DSP運(yùn)動(dòng)控制芯片。芯片能夠控制四軸。上位機(jī)只需寫(xiě)入圓弧的參數(shù)即可，其多軸插補(bǔ)控制功能特別優(yōu)秀。系統(tǒng)硬件采用主從式雙CPU結(jié)構(gòu)模式。主CPU為ARM處置器，負(fù)責(zé)鍵盤、顯示、網(wǎng)絡(luò)通信等管理工作；從CPU為yk8004運(yùn)動(dòng)控制芯片，專門負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制的處置工作。yk8004與ARM通信是靠讀寫(xiě)IO總線上的幾個(gè)地址來(lái)進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的傳輸?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 來(lái)滿足不同的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。模塊化軟件恰好是Linux操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。Linux還可以根據(jù)用戶的需求實(shí)現(xiàn)內(nèi)核的擴(kuò)充和定制，本系統(tǒng)可根據(jù)被控對(duì)象的特征設(shè)計(jì)不同的模塊化用戶軟件。源碼開(kāi)放，網(wǎng)絡(luò)支持功能強(qiáng)大，價(jià)格上也更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)等。所以該控制器選用Linux作為片上系統(tǒng)(SoC但是Linux并不是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，因此，通過(guò)實(shí)時(shí)內(nèi)核補(bǔ)丁RTA IRealTImeApplicatIn-teRFac硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，將Linux內(nèi)核當(dāng)作它優(yōu)先級(jí)最低的任務(wù)執(zhí)行，從而保證運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)的控制軟件分為兩個(gè)區(qū)域：非實(shí)時(shí)域和實(shí)時(shí)域。非實(shí)時(shí)域是建立在普通Linux內(nèi)核基礎(chǔ)上的其主要包括系統(tǒng)初始化和通信模塊。 包括輸入／輸出接口的配置、具體總線通信方式的配置以及伺服系統(tǒng)相關(guān)的接口參數(shù)配置。 ①系統(tǒng)初始化：進(jìn)行微處理器的硬件初始化。 ?、谕ㄐ拍K：負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制卡和上位機(jī)之間的坐標(biāo)值、速度值、數(shù)控系統(tǒng)的IO接口狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)以及數(shù)據(jù)鏈表的傳輸。 一種為周期性(peri_od實(shí)時(shí)進(jìn)程，實(shí)時(shí)域建立在RTA I實(shí)時(shí)內(nèi)核的基礎(chǔ)上。其實(shí)時(shí)任務(wù)通過(guò)實(shí)時(shí)進(jìn)程的方式來(lái)完成。另一種為一次性(onshot實(shí)時(shí)進(jìn)程。實(shí)時(shí)域主要包括如下4個(gè)周期性實(shí)時(shí)線程： 負(fù)責(zé)從IO端口讀入各個(gè)連接的IO設(shè)備值，①狀態(tài)檢測(cè)線程(rt_monitor_thread本任務(wù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。然后將狀態(tài)寫(xiě)入狀態(tài)檢測(cè)緩沖區(qū)中，對(duì)設(shè)備急停、伺服報(bào)警、限位信號(hào)進(jìn)行判斷，并進(jìn)行相應(yīng)的處置。 然后根據(jù)是直線或者圓弧進(jìn)行插補(bǔ)，②插補(bǔ)線程(rt_interpolaTIon_thread從譯碼緩沖區(qū)中順序取得插補(bǔ)數(shù)據(jù)。插補(bǔ)得到下個(gè)周期應(yīng)該到達(dá)的理論坐標(biāo)值。 得到實(shí)際的位置，③位置控制線程VIPER50A(022Y)讀取計(jì)數(shù)器中編碼器的數(shù)值。并與插補(bǔ)器中的理論位置坐標(biāo)作比較。根據(jù)差值調(diào)節(jié)PID參數(shù)，并將具體脈沖輸出數(shù)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的PWM口的脈沖數(shù)寄存器中。 從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)行、暫停、給定速度等狀態(tài)設(shè)置。 ④功能控制線程VIPER50A-22-E功能控制任務(wù)利用RTA I實(shí)時(shí)管道來(lái)傳遞命令和狀態(tài)信息的功能。通過(guò)管道的命令設(shè)置實(shí)現(xiàn)Linux操作系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)部分RTA I訪問(wèn)。 軟件平臺(tái)是系統(tǒng)應(yīng)用順序開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)軟件平臺(tái)主要包括：ARM-Linux移植、串行接口驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、USB接口驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、LCD接口驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、觸摸屏接口驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、以太網(wǎng)接口驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、文件系統(tǒng)的移植等。這些軟件的開(kāi)發(fā)和移植在很多文獻(xiàn)中有詳細(xì)的說(shuō)明。 必需編寫(xiě)豐富的運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)，通用運(yùn)動(dòng)控制器的功能主要取決于運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)。要做成一個(gè)開(kāi)放式的運(yùn)動(dòng)控制器。以滿足不同的應(yīng)用要求。運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)要為單軸及多軸的步進(jìn)或伺服控制提供許多運(yùn)動(dòng)函數(shù)，如單軸驅(qū)動(dòng)、兩軸直線插補(bǔ)、3軸直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等等。另外，為了配合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，還編寫(xiě)了一些輔助函數(shù)，如中斷處理、編碼器反饋、間隙彌補(bǔ)、通用開(kāi)關(guān)量的輸入輸出等。這樣，用戶在開(kāi)發(fā)應(yīng)用順序時(shí)就不必再關(guān)心底層的東西，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制人機(jī)界面，并調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)，就可以開(kāi)發(fā)出滿足要求的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。 |
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來(lái)自： Jack_WangChong > 《ROS》
