基于嵌入式运动控制器系统的设计与开发.docx

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1、基于嵌入式运动控制器系统的设计与开发的高性能运动控制板卡，在高性能运动模块的根底上，对嵌入式处理器局部有严格的要求，例如：对实时多任务有很强的支持才能，能完成多任务并且有较短的中断响应时间;具有功能较强的存储区保护功能;可扩展生长的处理器构造，能迅速地开发出知足各种应用性能的嵌入式微处理器;功耗很低等等。align=center图1PC104模块/align可选的方案包括：1基于单片机，合适于数据量小、速度较低、功能简单的现场控制，无法胜任要求高速、高精度的运动控制器。2基于ARM架构或者其他微控制器，上风在于简单的设计和高效的指令集，但是目前对现有通用软件的兼容性不理想，必须培训专门的软件人

2、员。3PC104的X86架构，即X86体系构造的CPU，主要是Intel公司的CPU，也包括AMD、威盛、ICOP昭营科技等公司与其兼容的CPU。通过PC104总线，连接X86架构的PC机主板与运动控制板卡，组成嵌入式运动控制器。在非常成熟的运动控制板卡技术的根底上，这种形式的嵌入式运动控制器实现简单，开发时间较短。因此选用了ICOP-6070嵌入式主板作为系统核心，详细接口见图1。除了核心控制模块外，就是运动控制模块，它是详细动作的执行者。嵌入式PC104主机板通过插件直接插装在运动控制卡上，运控卡上有两个DB62插座，连接到端子板上，再由端子板给出控制电机信号。由于运动控制器和计算机模块之

3、间分别采用插针式的连接，互相独立，运动控制器和PC板都可以作为一个独立的模块，消费晋级轻易，维修方便，可靠性也相对较高。图2为嵌入式PC104主板和运动控制卡之间机械连接示意图。align=center图2核心模块与运控模块的连接示意图/align系统的完好构建经过如下：1将ICOP-6070嵌入式主板与固高运动控制卡通过PC104接口装在一起。2然后将外部输入设备和输出设备接到嵌入式主板上。3其次通过两个根62PIN的数据线将固高IO端子板和固高控制卡接在一起。最后将24V的输入信号，输入给固高IO端子板和嵌入式主板。3软件平台设计工业嵌入式系统的主要指标是：实时性、高效率、平安稳定性与可靠

4、性以及构造紧凑、易于剪裁、良好的开放性。可供嵌入式应用的图形操纵系统有多种，比方WindowsCE、PalmOS等，而PalmOS一般只应用在手持设备上。合适工业环境应用经过标准的系统，目前有WindowsCE和Linux等几种。WinCE是微软开发的多任务嵌入式操纵系统，模块化及可伸缩性、实时性能好，通讯才能强大，支持很多种嵌入式CPU包括X86,arm等。选择WindowsCE.net嵌入式操纵系统，作为本嵌入式运动控制系统的操纵平台，最主要考虑Windows操纵简单实用，多任务的操纵，功能的强大，性能的稳定，最主要是Windows程序移植方便，熟悉Windows程序开发的人员，可以迅速把

5、握WindowsCE.net程序的开发，同时减少程序开发人员的难度。3.1操纵系统平台设计为了可以能在WindowsCE.net操纵系统，必须定制一个WindowsCE.net操纵系统平台，平台的生成可以使用WindowsCE.net的工具PlatformBuilder4.2。其生成平台主要步骤如下：1将WindowsCE.net4.2的操纵平台装入PC机。2将ICOP6070的BSP程序安装到PC机。3执行“PlatformBuilder，进入平台创立向导对话框，点击“NEXT接钮。在此对话框，需要为ICOP主板选择“ICOP_VORTEX86BSP程序。4继续点取“NEXT按钮，在对话框中

6、，可以选择“IndustrialController功能项。当嵌入式平台创立成功后，那么需要对此平台进展编译设置;在采用平台创立向导生成的一个平台后，可能此平台存在不需要的文件信息，又或者缺少相关文件。为此，要对此平台进展删除、添加相关文件，配置相关编译信息。1手动添加对存储硬盘和FAT文件系统的支持。先在目录显示区中的“DeviceDrivers-“StorageDevices-“StorageDevices找到“ATAPIPCI/IDEStorageBlockDriver信息，在此栏上点击鼠标右键，在弹出的对话框中，点取“Addtoplatform一项，此时，此相关信息就被参加到平台工程中

7、。采用同样方法，在目录显示区中的“CoreOS-“Displaybaseddevices-“FileSystemsandDataStore-“StoreManager找到“FATFileSystem信息，在此栏上点击鼠标右键，在弹出的对话框中，点取“Addtoplatform，相关信息就被参加到平台工程中。2需向平台工程中参加对WindowsSDK和MFC类库的支持.MFC类库支持在目录显示区中的“CoreOS-“Displaybaseddevices-“ApplicationsandServicesDevelopment-“MicrofotFoundationClassesMFC。3嵌入式平

8、台的工程根本功能添加完毕后，就可以编译此平台。在编译平台之前，先进展平台设置，在“PlatformSettings对话框，选中选项“EnableImagesLargerthan32MB，保存更改设置。4编译平台，生成WindowsCE.NET操纵系统的映像文件NK.bin。5完成了嵌入式平台的工程，可以将NK.bin下载到主板运行，也以通过网络下载到嵌入式主板上运行。3.2嵌入式运动控制器驱动程序在使用运动控制器之前，必须先安装运动控制器的驱动程序，这样才可以正确使用运动控制器，参加此驱动程序的步骤如下：1将运动控制器驱动程序文件GooGolDriver.dll拷贝到平台的Release目录下

9、。2在平台编辑环境中翻开工程中project.reg文件，将如下文本内容复制到此文件中。HKEY_LOCAL_MACHINEDriversBuiltInGooGolDriverDll=GooGolDriver.dllOrder=dword:0Index=dword:1Prefix=GOL3在平台编辑环境中翻开工程中project.bib文件，将如下文本内容复制到此文件中。GooGolDriver.dll$_FLATRELEASEDIRGooGolDriver.dllNKSH4上述操纵可用于注册驱动程序和将驱动程序GooGolDriver.dll打包到映像NK.bin。驱动程序文件GooGolD

10、river.dll导出十个函数，用于提供应系统调用，函数分别如下：GOL_Close，GOL_Deinit，GOL_Init，GOL_IOControl，GOL_Open，GOL_PowerDown，GOL_PowerUp，GOL_Read，GOL_Seek，GOL_Write。这十个函数不可以直接调用，WindowsCE.NET有专用的API函数可以调用它们。3.3运动控制器动态链接库安装：在使用运动控制器之前，须先安装运动控制器的动态链接库，才可以正确使用运动控制器。动态链接库包含对运动控制器的运动函数指令，如直线运动指令GT_LnXYZ,圆弧运动指令GT_ArcXY等等。参加此驱动程序的

11、步骤如下：1将文件gtdll.dll拷贝到平台的Release目录下。2在平台编辑环境中翻开工程中project.bib文件，将如下文本内容复制到此文件中。gtdll.dll$_FLATRELEASEDIRgtdll.dllNKSH3上述操纵可用于注册驱动程序和将驱动程序GooGolDriver.dll打包到映像NK.bin中。4控制软件的设计构建了系统软件后，还需要进展应用软件的开发设计。嵌入式软件的开发平台有多种，较为常见的开发平台为：eMbeddedVisualC+,与Windows操纵系统下的开发环境VisualC+非常类似，所以熟悉windows操纵系统VisualC+开发环境的人可

12、以较快把握eMbeddedVisualC+。使用eMbeddedVisualC+开发之前先安装嵌入式操纵平台的SDK，否那么无法翻开eMbeddedVisualC+。构建嵌入式操纵平台的SDK操纵如下：1PlatformBuilder平台开发环境中，点取“Project-“ConfigureSDK,配置将生成的SDK。在配置对话框中，可以修改将导出的SDK的文件名及其存入目录、相关信息。SDK的文件名为ICOP6072_SDK.msi。2配置好SDK导出的相关信息后，再点取“Project-“BuildSDK，在此对话框中，可以导出一个SDK，在配置文件设置目录下，创立一个ICOP6072_S

13、DK.msi的文件。3在Windows操纵系统下双击ICOP6072_SDK.msi文件，安装Icop5072的嵌入式系统的SDK。4至此，嵌入式系统的SDK安装完毕，eMbeddedVisualC+可以在此SDK的根底下开发程序。本软件最主要的功能通过运动控制器的运动指令的调用，来实如今运动控制器的使用，知足详细的应用中的控制经过。工业控制软件是工控系统中用于控制工业消费的软件局部，其平安性和可靠性的要求是非常高了。本控制软件除了具有工业控制软件的根本特点之外，还需有具有以下特点：系统软件的长期稳定工作的特性;控制软件实时性;控制软件操纵的实用性、简单性;根据工业控制软件特点，因此本软件中没

14、有丰富的图形显示界面，主要从功能实现、软件稳定性、控制的实时性、软件操纵简单上编写。以可以完好的到达功能演示为目的编写此程序。在对嵌入式运动控制器操纵之前，先必须初始化嵌入式运动控制器;为了更好的反响当前加工状态，需要实时读取当前加工机床的实际位置，根据此位置信息，把实际的加工情况用简单的三维图形显示出来。传统基于PC的运动控制器，采用软件实现的控制方法，无论性能怎样进步，也不能胜任越来越高的高速高精度要求。嵌入式运动控制器的研究是一个系统的经过，为了确保性能的稳定和可靠性，必须对软硬件的设计有一个全面地认识。本文提出的PC104设计方案解决了目前市场对嵌入式运动控制器的强大需求。本文的研究内

15、容将对今后的研究工作起到一定的指导作用。6完毕语本系统是固高科技有限公司目前在嵌入式运动控制领域开发出的一套功能强、性能稳定、体积小、价格低、合适工业控制的运动控制系统，是在传统PC-Based运动控制器根底上的重要创新。本文的创新在于：目前对嵌入式控制器的应用介绍得较多，没可以对核心的研发技术进展研究;另外本文对嵌入式系统操纵系统平台WindowsCE的研究，使得客户现有的Windows下编译的应用软件，可以很方便的移植到CE下使用，减少开发周期，降低开发本钱，快速见效益。1赵明富，嵌入式系统的总线技术及其应用，微计算机信息，2005,2106Z.-42-44,32余张国、李众立、李磊民，基

16、于ARM和MCX314A的嵌入式运动控制器，微计算机信息，2005，163王田苗，嵌入式系统设计与实例开发.清华大学出版社,2002:36444居效密、张中能，嵌入式数据库在数据密集型软件中的应用，计算机工程.2003,11:1861895张东升，基于嵌入式技术的数据收集器在通讯监控系统中的应用.哈尔滨工业大学硕士论文.2003:8146蒋亚群、张春元，ARM微处理器体系构造及其嵌入式SOC，计算机工程，2002,2811:467张连明、霍迎辉，嵌入式系统的设计与开发.国外电子元器件.2004,1:20218胡安平.PC104在工程中的应用.电子产品世界.2002,8：60619魏忠,蔡勇,雷

17、红卫.嵌入式开发详解.电子工业出版社,2003:305610AbrahamSilberschatz,PeterGalvin,GregGagne.Appliedoperatingsystemconcepts.JohnWiley&Sons,Inc,2000:10012511JackGanssle.ChangesinEmbeddedDesignMethodology.EmbeddedSystemProgramming.1999,9:354012J.E.Coolirg.Softwaredesignforreal-timeSystems.ChapmanandHallWorldPublishingCrop,1998:2002210