基于ARM和CPLD的開放式數(shù)控系統(tǒng)設計
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ARM具有較強的事務管理功能，可以運行具有良好人機界面的多線程應用程序，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在程序控制上。CPLD具有較強的邏輯運算能力，可用于進行插補運算及運動控制等。Windows CE是嵌入式實時操作系統(tǒng)，其獨特體系結構和運行機制使其能夠快速響應外部中斷，并調度相關程序進行處理[3]，可以滿足數(shù)控系統(tǒng)的實時性要求。本文提出一種基于ARM9和CPLD的開放式數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)中ARM9移植了Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)，通過開發(fā)應用程序實現(xiàn)信息輸入、運動顯示和粗插補等功能； CPLD實現(xiàn)精插補和運動控制。整個系統(tǒng)具有結構緊湊、集成度高、可靠性強和友好人機交互等特點。
1 系統(tǒng)設計
1.1 系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)ARM采用SAMSUNG公司的S3C2410，CPLD采用ALTERA公司FLEX6000系列的EPF6016。系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。
S3C2410內部資源豐富，可嵌入Windows CE操作系統(tǒng)，并進行復雜的信息處理。系統(tǒng)以LCD和觸摸屏為人機交互裝置，采用10 MB的以太網接口芯片CS8900A，可連接到Internet或局域網。在PC機上生成的CAD文件通過以太網或SD卡輸入到處理器中。系統(tǒng)采用NANDFLASH存儲數(shù)據(jù)和程序。
EPF6016是ALTERA公司為大容量設計提供的一種低成本可編程交織式門陣列，共有16 000個可用門、1 320個邏輯單元、117個I/O引腳，每個I/O引腳都有獨立的三態(tài)輸出使能控制。EPF6016接收ARM的插補指令進行精插補，輸出控制信號，并采集編碼器的反饋信號和限位開關零點開關的狀態(tài)信號。
本系統(tǒng)將EPF6016直接連接到S3C2410的存儲總線上。S3C2410與EPF6016之間依靠24位數(shù)據(jù)總線和8位地址總線進行指令和數(shù)據(jù)的傳輸，提高了通信效率。S3C2410與EPF6016之間的總線還包括了片選信號線、讀寫控制信號線和中斷信號線。
1.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)
本系統(tǒng)軟件開發(fā)包括Windows CE應用程序開發(fā)和CPLD程序開發(fā)。采用Ｃ#語言開發(fā)Windows CE應用程序，采用VHDL語言開發(fā)CPLD程序。系統(tǒng)軟件結構如圖2所示。
Windows CE應用程序是基于多線程的。應用程序包括信息輸入、譯碼、運動顯示、故障管理、電機啟動停止和插補等功能模塊，每個功能模塊都是一個獨立的線程。信息輸入、譯碼是非實時任務，線程優(yōu)先級設為默認值251；故障管理、電機啟動停止是實時非周期性任務，屬于弱實時任務，線程優(yōu)先級設為247，即用戶態(tài)實時級別；插補、運動顯示是實時周期性任務，屬于強實時任務，線程優(yōu)先級設為3，即核心態(tài)實時級別。
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