基于ARM+DSP的嵌入式Linux数控系统设计

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］。

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》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。

基于ARM9的嵌入式数控铣床控制系统的设计的开题报告一、选题背景数控机床是现代制造业中不可或缺的设备，随着工业自动化的不断发展，其在生产加工中的应用越来越广泛。

数控机床的控制系统是数控机床的核心，控制系统的性能直接影响到机床加工精度和效率。

目前市场上的数控机床控制系统大多数采用PC或者嵌入式处理器作为控制芯片，PC处理器具有较高的性能和灵活性，但价格较高，嵌入式处理器虽然性能相对较低，但价格较为实惠，更适合中小型数控机床的应用。

本课题将基于ARM9嵌入式处理器设计一款中小型数控铣床控制系统，以实现数控铣床的切削、运动控制和轨迹解析功能。

同时，设计采用Linux操作系统和Qt图形界面，提高了系统的稳定性和友好度。

二、研究内容1. 硬件平台的选型和设计。

选用ARM9的嵌入式处理器，根据数控铣床的数据采集和控制要求进行硬件平台的设计，包括CPU、存储、输入输出等。

2. 系统底层的驱动开发。

根据硬件平台的需求，开发适配的设备驱动程序，完成系统底层的数据采集和控制功能。

3. 运动控制算法的设计。

设计数控铣床运动控制算法，实现对加工过程中的切削参数和运动参数的控制。

4. 轨迹解析和解码算法的实现。

将输入的轨迹数据进行解析和解码，生成标准的G代码指令，使用运动控制算法控制数控铣床进行加工。

5. 界面设计。

采用Qt图形界面设计，实现数控铣床的操作控制和状态显示。

三、论文结构1. 第一章：选题背景和研究内容，介绍数控机床控制系统的重要性和发展趋势，阐述本课题的开题研究内容和研究方法。

2. 第二章：数控铣床的数学模型，介绍数控铣床加工的基本原理和数学模型，为后续算法的设计和开发提供理论基础。

3. 第三章：硬件平台设计与开发，介绍ARM9芯片的选型和硬件系统设计，完成原理图设计和PCB布线，进行硬件系统的搭建和驱动开发。

4. 第四章：系统底层驱动的实现，根据硬件平台需求，开发适配的设备驱动程序，包括外部IO、串口、USB等。

基于ARM和DSP的嵌入式智能仪器系统设计1 引言随着智能仪器及控制系统对实时性信号处理的要求不断提高和大规模集成电路技术的迅速发展。

越来越迫切的要求有一种高性能的设计方案与之相适应，将DSP技术和ARM技术结合起来应用于嵌入式系统中，将会充分发挥两者优势以达到智能控制系统中对数据的实时性、高效性的通信要求。

该嵌入式系统要求实时响应，具有严格的时序性。

其工作环境可能非常恶劣，如高温、低温、潮湿等，所以系统还要求非常高的稳定性。

2 嵌入1 引言随着智能仪器及控制系统对实时性信号处理的要求不断提高和大规模集成电路技术的迅速发展。

越来越迫切的要求有一种高性能的设计方案与之相适应，将DSP技术和ARM技术结合起来应用于嵌入式系统中，将会充分发挥两者优势以达到智能控制系统中对数据的实时性、高效性的通信要求。

该嵌入式系统要求实时响应，具有严格的时序性。

其工作环境可能非常恶劣，如高温、低温、潮湿等，所以系统还要求非常高的稳定性。

2 嵌入式系统的总体设计2.1 核心器件的主要功能ARM和DSP分别选用Cirrus Logic公司的EP7312、TI公司的TMS320VC5402。

充分利用ARM丰富的片上资源和DSP强大的信号处理功能，实现高效性、实时性的信号处理及网络通信功能。

EP7312是专为高性能、超低功耗产品而设计的微处理器，采用ARM7TDMI处理器内核，具有8kB高速缓冲存储器，支持存储器管理单元，片内集成了液晶显示器控制器，键盘扫描器，数字音频接口，完全的JTAG等功能，广泛地应用于嵌入式领域。

TMS320C54xDSP提供了McBSPs（多通道缓冲串口）；6通道的DMA 控制器；可以与外部处理器直接通信的8位增强HPI（主机接口）。

选择这样的SOC（片上系统）作为该系统的核心器件，使得其稳定可靠并具有广泛的扩展功能。

2.2 系统总体设计及工作原理系统总体设计框图如图1所示。

本系统主要是实现信号的实时性处理及传输，满足工业现场及各种测量仪器的高可靠性要求。