系统选用

SAMSUNG 公司的 S3C44B0X 处理器。本模块还包括时钟电路、复位电路和实时时

钟

RTC(Real Time Counter)电路。 

　　

(2)存储器模块。存储器是嵌入式系统中的重要组成部分,它用于存储程序和数据。本系统

的存储器包括

EPROM、SDRAM、SRAM 和 NAND-Flash,其中,EPROM 用于存储系统程

序

;SDRAM 用于存储系统运行时的程序与数据;SRAM 用于存储突然掉电时的重要实时数据;

NAND-Flash 用于存储用户的数控加工程序。 
　　

(3)电源模块。新型的 CPU 和 FPGA 的内核电压一般都是 2.5V 或以下的,I/O 电压一般都

是

3.3V。所选择的开关电源可以提供 5V,±12V,24V 电源,其中±12V 用于主轴模拟信号模块电

路

,24V 用于光电隔离电路,因此,需要使用低压差线性稳压器产生 3.3V 和 2.5V 的电压,供

CPU、FPGA 和 CPLD 使用。为了保证微处理器稳定而可靠地运行,还需要配置电压监控电路。

 

　　

(4)人机交互模块。人机交互模块包括键盘及指示灯模块和液晶显示模块。键盘及指示灯

模块负责键盘的扫描并读取键值

,同时负责 LED 的显示控制。液晶显示模块实现数控系统用

户界面。

 

　　

(5)通信接口模块。通信接口模块包括 JTAG 接口、RS-232 串行接口和 USB 接口。JTAG

接口与

PC 通讯,实现系统运行程序的仿真调试;RS-232 串行接口与 PC 通讯,实现 NC 文件的

上传与下载

;USB 接口实现对 U 盘 NC 文件的读写。 

　　

(6)D/A 转换模块。D/A 转换模块负责产生变频器所需要的模拟信号,由隔离器件、D/A 转

换器和集成运算放大器组成。

 

　　

(7)CPLD/FPGA 模块。CPLD 模块包括 CPLD、FPGA、CPLD 对 FPGA 的配置电路。CPLD

主要是用来对

SRAM 工艺的 FPGA 进行配置和加密,同时扩展数控系统的通用 I/O 口;FPGA

主要负责精插补

,产生轴运动所需的脉冲信号以及处理编码器返回信号,同时负责处理手轮输

入和开关量的输入输出。

 

　　

(8)输入输出模块。本系统的输入/输出信号是通过 FPGA 和 CPLD 的逻辑控制来实现,以

提高系统的工作可靠性和设计柔性。对于输出的脉冲信号和输入的编码器信号采用差分输出
输入的方式

,这样不仅提高脉冲传输的抗干扰能力,也增加了信号传输距离;而对于 I/O 信号则

采用光电隔离的方法

,进一步提高了系统的抗干扰性和可靠性。 

　　

3.2 软件设计 

　　该系统采用嵌入式

μClinux 操作系统作为嵌入式数控系统软件平台,其源代码开放、内核

小

,非常适合运行在嵌入式微处理器上,并且 μClinux 操作系统也支持 TCP/ IP 协议,具有强大

的网络功能

,同时该操作系统也支持多任务并发运行,可以采用多任务编程方法。这样,数控系

统的每个功能可以作为一个独立的任务来实现

,这大大地增强了系统软件的可靠性、稳定性,

也便于以后的维护和升级

,同时也提供了图形用户接口(GUI),结合键盘、LCD 液晶显示和触

摸屏模块为用户提供友好的人机交互界面。

 

　　

(1) 调度任务的划分。 

　　软件平台设计中

,采用嵌入式实时操作系统 μClinux 对系统多任务进行调度及管理。基于

实时多任务操作系统的应用程序中

,实时性取决于对任务及中断的处理。用户根据需要调用

μClinux 的任务调度函数,调度函数从就绪任务中寻找优先级最高的任务,并进行任务切换操
作。

μClinux 把任务分为各不相同的优先级(唯一),已经准备就绪的高优先级的任务可以剥夺

正在运行的低优先级对

CPU 的使用权,所以正确的任务划分及优先级分配可以充分体现嵌

入式实时操作系统任务调度算法的效率

,从而提高整个系统的实时性能。μClinux 可以支持 64

个任务

,最多支持 56 个用户任务,其余 8 个是系统任务。按照任务划分原则,结合数控系统的具

体要求

,把应用软件分成以下几类任务: 

　　

① 数控系统基本功能实现任务:包括刀具的转换、位置的测量、工件的插补运算及补充运

算、加工工艺设置等等

,该级别的优先级最高。