附件C：譯文


基于嵌入式技術的可重構計算機數(shù)控系統(tǒng)的設計

摘要：一種基于嵌入式處理器和嵌入式實時操作系統(tǒng)的計算機數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)被構造出來，它的硬件平臺是基于ARM和DSP設計的雙CPU模型，這種結構常用于控制生產(chǎn)過程。FPGA模塊實現(xiàn)了系統(tǒng)的柔性制造和重構，鑒于單任務軟件結構的缺陷，本文采用嵌入式實時操作系統(tǒng)和軟件層結構的方法來提高計算機數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和任務發(fā)送的實時性。最后，這個方法的可能性在數(shù)控機床的應用中得到了證明。
關鍵詞：計算機數(shù)控系統(tǒng)；可重構的；FPGA；實時操作系統(tǒng)。
I、引言
二十一世紀末計算機技術已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了很多像RT-Linux、VX-Works、UC/OS-II的嵌入式實時操作系統(tǒng)。和桌面操作系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)可以是減容的、實時和可靠的。就它們的好處而言，嵌入式系統(tǒng)廣泛地用于工業(yè)、航天、軍事和信息產(chǎn)業(yè)等等，伴隨著計算機技術的發(fā)展傳統(tǒng)制造業(yè)也發(fā)生了巨大的變化，許多工業(yè)國家把主要資金放在研究現(xiàn)代制造技術和提前一個以柔性制造為核心的新的制造模式上。計算機數(shù)控系統(tǒng)是制造業(yè)的核心。目前，很多設計師設計嵌入式系統(tǒng)和工業(yè)計算機運動控制器的結構并用桌面操作系統(tǒng)或者他系統(tǒng)來實時展開。由于桌面操作系統(tǒng)的代碼很多且很難縮減，所以它不能達到嵌入式系統(tǒng)在實時特性和可靠方面的水平。同時，柔性制造系統(tǒng)要求控制系統(tǒng)能夠動態(tài)地校準它的內(nèi)部電路。綜上所述，本文提供了一種基于嵌入式處理器、嵌入式實時操作系統(tǒng)和FPGA的計算機數(shù)控系統(tǒng)設計方案。首先，設計可重構硬件平臺。其次，選擇一個合適的嵌入式實時操作系統(tǒng)并將其移植到硬件平臺。最后，設計應用程序。
II、數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺的設計
A 系統(tǒng)硬件的結構
對于硬件的建構，我們采用了嵌入式處理器---ARM和DSP，它們是主盤和接從盤的模型，ARM是主處理器負責通信管理、網(wǎng)絡管理、人機接中管理、指令翻譯、故障診斷等，DSP是作為軌道插補、位置控制、錯誤控制等特殊反應的從屬處理器，F(xiàn)PGA實現(xiàn)系統(tǒng)的所有接口控制電路，它能隨著加工環(huán)境的變化校準它們的內(nèi)部結構，圖1表示基于上述思想的計算機數(shù)控系統(tǒng)的結構
1） 作為主控制模塊的ARM，ARM負責所有的系統(tǒng)控制和FPGA模塊的組態(tài)，ARM和DSP之間的通信是通過雙通道端口的RAM來實現(xiàn)的。
2） 作為從控制模塊的DSP，DSP從雙通道端口的RAM處獲取主控制模塊的指令，這些指令來源于RAM編譯的G代碼，在接收到這些指令以后，DSP就可以獨立地完成軌道插補、位置控制和錯誤控制。