劉松良

摘要：以工業(yè)級EP9315為主，基于多CPU（ARM、DSP和FPGA）的高性能硬件平臺設(shè)計了一款磨床及車床一體化的數(shù)控系統(tǒng)。軟件底層驅(qū)動用裁剪的WinCE6.0作為嵌入式操作系統(tǒng)，內(nèi)置軟件PLC可以編寫豐富的控制功能；數(shù)控系統(tǒng)和客戶端的交互通信采用GSK-Link協(xié)議的現(xiàn)場總線，從而為客戶搭建出開放式的軟件開發(fā)平臺。經(jīng)實驗測試，該嵌入式平臺運行效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：磨床及車床一體化的數(shù)控系統(tǒng) 嵌入式WinCE6.0 HPI控制

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0008-02

在機械傳動中，軸類部件是實際應(yīng)用中需求量大而且廣泛的重要基礎(chǔ)件，廣泛應(yīng)用在汽車、船舶、機車車輛、工程機械、礦山設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力裝置、航空航天、軍工等領(lǐng)域；磨床及車床復(fù)合專用的閉環(huán)新型數(shù)控系統(tǒng)具有雙通道多軸聯(lián)動、納米級精度插補、復(fù)合加工等功能，是滿足高精度、高效率和多元化復(fù)雜形狀軸類加工要求的唯一選擇，具有重要的地位和作用。

1 系統(tǒng)的硬件平臺建立

硬件平臺采用ARM、DSP和FPGA架構(gòu)，它由核心主板、I/O及網(wǎng)絡(luò)接口板組成。核心主板上集成Cirrus的EP9315處理器，128MB的SDRAM和32MB的NorFLASH，同時提供以下外設(shè)接口：一個RS232串口、三個USB HOST接口、一個10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口、一個LCD接口、一個鍵盤接口等。網(wǎng)絡(luò)接口板上集成FPGA，提供GSK-Link協(xié)議的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)外設(shè)。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的軟件平臺建立

整個數(shù)控系統(tǒng)工作在嵌入式WinCE6.0平臺上，所以WinCE6.0平臺是數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定性的核心基礎(chǔ)。WinCE6.0是Windows經(jīng)裁剪得到的，同Windows一樣具有穩(wěn)定、安全、高效率、實時性好等優(yōu)點。WinCE6.0操作系統(tǒng)管理著整個設(shè)備的軟件及硬件資源，應(yīng)用程序運行在WinCE6.0操作系統(tǒng)上面，因而整個軟件體系可分為四個層次：開機圖片及引導(dǎo)加載程序、Windows內(nèi)核、文件管理系統(tǒng)及系統(tǒng)應(yīng)用程序。

數(shù)控系統(tǒng)啟動后，引導(dǎo)加載程序Bootloader首先運行，通過Bootloader將內(nèi)核復(fù)制到內(nèi)核中；內(nèi)核啟動后掛載根文件系統(tǒng)啟動開機圖片和運行文件系統(tǒng)中的應(yīng)用程序，完成數(shù)控系統(tǒng)的啟動過程。磨床及車床一體化系統(tǒng)的應(yīng)用程序采用模塊化設(shè)計，從功能角度和軟件體系結(jié)構(gòu)可劃分為5個模塊，其中一個模塊HPI控制是應(yīng)用程序通過HPI協(xié)議與DSP進(jìn)行通訊，從而控制電機和驅(qū)動；其它模塊這里不再詳細(xì)介紹。

HPI控制：1）DSP支持16位HPI訪問，在系統(tǒng)設(shè)計中利用FPGA完成相關(guān)控制邏輯和時序，實現(xiàn)ARM和DSP間的數(shù)據(jù)交換；本系統(tǒng)中HPI采用I/O訪問模式，使用EP9315的虛擬地址作為I/O地址空間， EP9315直接訪問HPI分配好的地址。應(yīng)用層軟件調(diào)用先通過以下語句打開驅(qū)動調(diào)用通道：m_HardwareRW=CreateFile（_T（"CWD1："），GENERIC_READ | GENERIC_WRITE，0，NULL， PEN_EXISTING，0，NULL）；然后可以通過DeviceIoControl（）函數(shù)實現(xiàn)對HPI各種操作；2）HPI驅(qū)動各模塊流程包括：HPI初始化、HPI單字寫操作、HPI多字寫操作、讀多字HPI操作、讀單字HPI操作、寫單字HPI操作、HPI多字節(jié)寫操作、HPI多字節(jié)讀操作。以“HPI初始化”為例，設(shè)計如下：

void SysconSetup（）

{

unsigned short * Adr_HPI；

…

*SMC_SMCBCR3 = （（（ WAIT_STATES（100）<

*SMC_SMCBCR3 =*SMC_SMCBCR3&（～SMCBCR_WP）；

Adr_HPI = （unsigned short *）（PHYSICAL_ADDR_ASYNC_CS3 + 0xA0）；

*Adr_HPI = 0X01；

Adr_HPI = （unsigned short *）（PHYSICAL_ADDR_ASYNC_CS3 + 0xA2）；

*Adr_HPI = 0X01；

*SMC_SMCBCR3|=SMCBCR_WP；

…

}SysconSetup（）函數(shù)在操作系統(tǒng)上電后的初始化中實現(xiàn)。用戶在應(yīng)用層軟件中可直接進(jìn)行對HPI的讀寫操作，不必再對HPI進(jìn)行初始化操作。

該嵌入式平臺充分發(fā)揮其高效率、低功耗、可靠性高和穩(wěn)定性強的特點；在結(jié)構(gòu)上可以靈活裁減，不僅適應(yīng)多通道、高速插補的需求，而且適應(yīng)不同的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。加工效果圖如圖2所示。

3 結(jié)語

作者以制定的“中高檔車磨復(fù)合數(shù)控系統(tǒng)”功能要求、體系結(jié)構(gòu)及其規(guī)范為基礎(chǔ)，成功設(shè)計出的EP9315嵌入式國產(chǎn)軟硬件平臺具有一定的開放性和可擴展性。

聯(lián)調(diào)實驗表明，該數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)、外圓車磨削和滾刀磨削技術(shù)加工出的零部件，均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。展望未來，隨著我國車磨復(fù)合加工技術(shù)的成熟，該數(shù)控系統(tǒng)將具有廣泛的應(yīng)用前景。

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