嵌入式数控系统硬件及软件开发平台的研究

摘要

嵌入式技术是当今最热门的领域之一。嵌入式数控系统集成了嵌入式技术、运动控制技术及嵌入式操作系统等技术,基于嵌入式处理器、运动控制芯片及嵌入式Linux操作系统的嵌入式数控系统,具有高性能、功耗低、成本低、体积小等特点,是研究开放式经济型数控系统比较可行的一种方法。随着嵌入式技术的快速发展,嵌入式技术应用于数控系统的研究定会有良好的发展前景。
　　论文以嵌入式技术进行数控系统的设计。采用嵌入式ARM处理器S3C2410和专用DSP运动控制芯片MCX314As设计了数控系统的硬件平台,并详细介绍了数控系统相关软件的设计。
　　嵌入式数控系统的硬件平台包括两个部分:一是基于S3C2410的主控板,二是基于MCX314As的运动控制板的设计,两块电路板通过总线连接在一起。ARM主控板配置有丰富的存储器资源和通用设备,负责完成任务管理、数据处理、数控指令代码的编译、LCD显示、输入输出、网络功能等工作。MCX314As负责快速的实时插补运算,并发出脉冲控制电机进行高速运动,完成运动轨迹控制。论文采用Protel99 SE绘图软件,完成了运动控制板原理图和PCB的设计,包括MCX314As与S3C2410接口电平转换电路的设计,运动控制板输入输出电路的设计,并制作出运动控制板。
　　数控系统软件设计方面,在S3C2410上通过移植引导程序vivi,裁剪、编译和移植Linux内核,制作并烧写Linux根文件系统,构建了嵌入式数控系统的软件开发平台;研究了S3C2410对MCX314As的控制方法,在Linux操作系统中对MCX314As的驱动程序进行了设计;同时,为了简化软件结构,充分发挥MCX314As的功能,实现复杂的数控运动控制,设计了运动控制动态链接库函数。对MCX314As运动控制板进行了调试,调试结果表明了基于S3C2410与MCX314As的嵌入式数控系统硬件平台的正确性。
　　最后探讨了用NFS方式实现嵌入式数控系统软件网络开发的过程,以及嵌入式Web服务器在嵌入式数控系统中的应用,为下一步的实际应用提供了一定的基础。

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第一章 绪论

§1.1 数控系统发展概况

§1.2 嵌入式数控系统概况

§1.3 论文的研究意义

§1.4 论文主要内容

§1.5 本章小结

第二章 嵌入式数控系统总体结构

§2.1 嵌入式系统的开发流程

§2.2 嵌入式数控系统硬软件开发平台的选择

§2.3 ARM9微处理器S3C2410X简介

§2.4 运动控制芯片MCX314As简介

§2.5 嵌入式Linux操作系统

§2.6 嵌入式数控系统总体结构

第三章 嵌入式数控系统硬件平台

§3.1 嵌入式数控系统硬件结构

§3.2 基于ARM处理器S3C2410的主控板简介

§3.3 基于MCX314As的运动控制板的设计

§3.4 印刷电路板（PCB）设计要点

§3.5 本章小结

第四章 嵌入式数控系统软件开发平台

§4.1 嵌入式数控系统软件结构

§4.2 嵌入式Linux操作系统移植原理

§4.3 软件开发环境的建立

§4.4 交叉编译环境的建立

§4.5 嵌入式数控系统引导代码Bootloader的移植

§4.6 嵌入式Linux-2.6.24.4内核裁剪

§4.7 嵌入式Linux根文件系统的制作

§4.8 嵌入式Linux操作系统的移植过程

§4.9 本章小结

第五章 运动控制芯片驱动程序及运动控制函数库的设计

§5.1 嵌入式Linux设备驱动程序概述

§5.2 运动控制芯片MCX314As驱动程序的设计

§5.3 运动控制函数库的设计

§5.4 MCX314As运动控制板的调试

§5.5 本章小结

第六章 嵌入式数控系统的网络开发及应用

§6.1 NFS文件服务器

§6.2 嵌入式Web服务器在嵌入式数控系统中的应用

§6.3 嵌入式数控系统联网后的意义

第七章 总结与展望

§7.1 主要结论

§7.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果

附录