基于SOPC技术的开放式数控系统硬件平台开发

摘要

开放式数控系统可解决传统封闭式数控系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等问题，是现代数控系统的发展方向。论文紧跟嵌入式系统发展趋势，采用一种新的嵌入式系统设计技术——SOPC（片上可编程系统）开发了一种开放式数控系统硬件平台。 本文研究了开放式系统的特征和体系结构，开发出基于NC嵌入PC的主从型结构的开放式数控系统硬件平台。作为主机的上位机采用通用工业控制计算机，主要负责系统的人机界面、文件管理等弱实时性任务；而作为从机的下位机则采用自主设计的基于SOPC技术的NC平台，负责系统的插补和运动控制等强实时性任务。整个系统层次清晰，并通过各种形式向外提供统一的规范接口，易于系统扩展；系统硬件平台具备可移植性、可扩展性、可操作性和可缩放性等特点，可根据不同用户的需求，迅速、高效、低成本地构建面向用户的控制系统。 并行总线作为开放式数控系统各模块之间的数据接口，具有成本低、组态灵活等特点。开放式数控系统各个模块间通过并行总线接口可以方便、灵活地实现不同的组态，可有效增强硬件模块的灵活和兼容性。本文详细研究了几种并行总线接口的解决方案，分别开发ISA总线接口、PCI总线接口以及DMA通道传输。数据传输过程中通过双端口RAM进行数据交互，有效地实现上、下位机之间的实时数据通信。 本文在SOPC解决方案中，利用FPGA中的可编程逻辑资源和IP软核来构成Nios II嵌入式系统，对系统进行测试，验证了本系统方案设计的正确性和基于Nios II处理器实现可编程片上系统的可行性。尝试用新的SOPC技术，在软、硬件开发过程中，缩短设计开发周期，达到应用功能的快速实现，节约开发成本，优化性能和资源。