运动操控体系已被广泛使用于工业操控范畴。近年来，工业操控对运动操控体系的要求越来越高。传统的依据PC及低端微操控器日渐暴露出高本钱、高耗费、低牢靠等问题，现已不能满意现代制作的要求 。跟着嵌入式技能的日益老练，嵌人式运动操控器现已牛刀小试。依据ARM技能的微处理器具有体积小、低本钱、低功耗的特色，决议其在运动操控范畴具有杰出的发展前景。
PCL6045BL是一种新式专用DSP运动操控芯片，它具有强壮的数据处理才能和较高的运转速度，能够完结高精度的多轴伺服操控。为处理精细制作对低本钱、可移植性强的通用型多轴数控体系的火急需求，文中给出一种依据ARM 微处理器S3C2440与DSP专业运动操控芯片PCL6045BL构成的嵌入式四轴运动操控器。该运动操控器具有高性能、低本钱、体积小、可独立运转等特色，能够满意运动操控体系高速、高精度的 要求。它可广泛使用于雕刻机、机器人、绣花机以及数控加工等工业操控范畴。
为处理精细制作对低本钱、可移植性强的通用型多轴数控体系的火急需求，给出一种依据ARM微处理器S3C2440和专用DSP运动操控芯片PCL65045BL组合的嵌入式四轴运动操控器。硬件上该操控器选用ARM+DSP的主从式双CPU结构，结合ARM在人机界面显现、通讯接口方面的优势以及PCL6045BL高操控精度的长处。软件上在S3C2440上移植μC/OS-II实时操作体系来办理运动操控体系。该操控体系通用性较强，可广泛使用于雕刻机、机器人、绣花机以及数 控加工等工业操控范畴。
1 体系总体规划
嵌入式四轴运动操控器首要由硬件部分和软件部分构成。
硬件首要包含S3C2440嵌入式主控板和PCL6045BL运动操控板两个部分。S3C2440嵌入式主控板和PCL6045BL运动操控板之间通过通用的IDE通讯接口进行衔接。
软件方面在硬件渠道的基础上移植S3C2440实时嵌入式操作体系，规划Boot Loader、外设驱动以及运动操控体系的使用程序。选用上述的软硬件渠道，嵌入式运动操控器能够到达敞开性能好、精度高的要求。
ARM具有丰厚的片内外围电路，如USB接口、IIS接口、LCD操控器等，在人机界面的显现、通讯接口以及体系移植方面具有更强壮的功用。PCL6045BL运动操控芯片速度快，牢靠性高，性能好，在运动操控方面有很大的优势。
实时操作体系μC/OS-II包含了实时内核、使命办理、时刻办理、使命间通讯同步和内存办理等功用，能够使各个使命独立作业，互不干涉，很简略完结按时并且无误地履行，使实时使用程序的规划和扩展变得简略，使使用程序的规划进程大为减化 。将S3C2440处理器、PCL6045BL 以及μC/OS-II三者的优势使用到本嵌入式四轴运动操控器中能够使其具有强壮的功用，并缩短开发时刻。
本嵌入式四轴运动操控器以S3C2440为主控渠道，在ARM上移植μC/OS-II实时操作体系来进行人机界面的显现、I/O的办理、使命问的通讯、指令的编译等作业。PCL6045BL运动操控模块首要担任方位操控，插补驱动，速度操控。用户的指令通过S3C2440指令编译体系的编译，通过与PCL6045BL之问的专用通讯接口来操控DSP运动操控芯片宣布脉冲以到达使伺服电机高速运转。
2 体系硬件规划
2.1 体系硬件渠道规划
在操控体系中，以S3C2440处理器为主控中心，PCL6045BL运动操控芯片为从CPU。S3C2440是一款16/32位ARM920T RISC处理器，它完结了MMU、AMBA总线和独立的16 KB指令和16 KB数据哈佛结构的缓存，每个缓存均为8个字长度的流水线。S3C2440供给全面的、通用的片上外设，不需求装备额定的部件。PCL6045BL运动操控芯片，由NPM公司出产，是一种通过总线接纳CPU指令、并发生脉冲操控步进电机或脉冲驱动型伺服电机的CMOS大规模集成芯片，可供给多种输出运动操控功用，包含接连、定长、回原点等输出方法。PCL6045BL能够完结2~4轴线性插补及恣意两轴圆弧插补。在这种主从结构结构基础上，主CPU S3C2440首要担任数据的存储、人机界面的显现、网络通讯等办理作业。从CPU PCL6045BL输出的脉冲发送给4个轴的伺服驱动器。S3C2440只需求通过发送简略的指令给PCL6045BL，便可完结各种操控功用。
2.2 ARM 与PCL6045BL的衔接
PCL6045 BL与ARM的通讯是通过读写I/O总线上的几个地址来进行指令和数据的传输。PCL6045BL每个轴的内部寄存器地址由A0、A1 和A2地址线输人决议，其操控地址规模由输入端子A3和A4进行挑选。因而在这种主从结构的规划中，ARM与PCL6045BL的衔接
2.3 I/O接口电路
嵌入式四轴运动操控器与伺服电机之间是通过I/O接口电路进行衔接的。I/O接口电路首要使命是完结输入信号的光电阻隔以及对输出脉冲的驱动。规划中选用光电耦合器将PCL6045BL芯片与后边的伺服电机驱动器以及其他操控反应等线路阻隔。因为光耦合器输入输出问相互阻隔，电信号传输具有单向性等特色，因而具有杰出的电绝缘才能和抗搅扰才能。又因为光耦合器的输入端归于电流型作业的低阻元件，因而具有很强的共模按捺才能。将PCL6045BL的输出信号(如CP、CW等)和输入信号(如报警、限位等)都使用光耦器材与PCL6045BL阻隔，这样能有效地避免搅扰信号进入主芯片损坏PCL6045BL。
3 软件规划
体系软件部分由μC/OS-II实时嵌入式操作体系及相关使用软件组成。μC/OS-II实时嵌入式操作体系只是供给了一个使命调度的实时内核，因而需求自行开发一系列与体系运转相关的设备驱动程序、API函数及使用程序，才能将μC/OS-II扩展为一个完好、有用的实时操作体系。
3.1 Boot Loader的规划
嵌入式体系中，一般并没有像BIOS那样的固件程序，因而整个体系的加载发动使命就彻底由Boot Loader来完结。Boot Loader是体系加电后运转的榜首段代码，担任初始化体系并发动操作体系，相当于PC机的程序。Boot Loader初始化硬件设备，树立内存空间的映射图，为终究调用操作体系内核预备好正确的环境。
Boot Loader分为阶段1和阶段2两个部分，与CPU核以及存储设备密切相关的处理作业一般都放在阶段1中，且能够用汇编言语来完结;而阶段2则一般用C言语来完结一般的流程以及对板级的一些驱动支撑。
阶段1首要进行界说进口、设置中断向量、体系寄存器装备、初始化寄存器等操作。而阶段2首要完结调用初始化函数、初始化闪存设备、初始化内存分配函数等操作。Boot Loader是嵌入式体系软件开发的榜首个环节，把实时操作体系和硬件渠道严密地结合起来，关于嵌入式体系的软件开发尤为重要。
3.2 μC/OS-II在S3132440的移植
嵌入式实时操作体系μC/OS-II是一个源代码揭露的多使命实时操作体系内核，它简化了使用软件的规划，使操控体系的实时性得到保证。杰出的多使命规划，有助于进步操控体系的稳定性和牢靠性。所谓移植，便是通过修正操作体系内核与处理器相关部分的源代码，使一个实时内核能在微处理器或微操控器上运转。μC/OS-II的文件体系结构包含中心代码部分，装备代码部分，处理器相关代码部分，如图4所示。其间处理器相关代码部分包含OS_CPU.H,OS_CPU.A.ASM,OS_CPU.C.C 3个文件。将μC/OS-II移植到S3C2440只需求修正与处理器相关的代码即可。
3.3 体系使用程序规划
实时使用程序的规划进程包含怎么把问题分割为多个子使命，每个子使命都是整个体系的一部分，都被赋予必定的优先级，有自己的一套CPU寄存器和仓库空间。一个使命，也叫一个线程，是一个简略的程序，该程序能够以为CPU彻底只归于自己。在本规划中将使命区分为人机界面的规划、数控指令编译解说、伺服单元收集使命、状况监督等。μC/OS-II能够依照优先级发动各个使命，并通过内核来完结使命之间的调度。
S3C2440依据体系的使用程序对指令进行解说，调用运动操控函数，继而PCL6045BL宣布脉冲操控伺服电机去操控履行机构动作，完结运动操控的成果。
3.4 NC代码解说
运动操控器承受来自上位机发送过来的加工文件，但加工文件指令在程序中不能直接被辨认，在履行指令之前必须先对其进行解析译码。解说器的首要功用便是将用户程序以程序段为处理单位，将程序中的概括信息、运转速度和辅佐功用信息，转换成嵌入式运动操控器能够履行的格局。解说进程首要包含数控文件的读入、词法剖析、语法剖析以及加工信息存储数据结构等进程。
4 实例剖析
上位机通过RS485总线与S3C2440衔接，把NC指令文件输入到ARM 中，通过NC代码解说器，变成PCL6045BL能够辨认的代码，然后完结规则的运动操控功用。用NC代码编写如下加工程序：
N001 COO X15 Y25//开始点选定
N002 G18//XY平面挑选
N003 G90 G01 X15 Y5//预备直线插补
N004 X30 Y5//(15，5)到(30，5)
N005 X30 Y15//前行至点(30，15)
N006 X45 Y15//前行至点(45，15)
N007 X45 Y5//前行至点(45，5)
N008 X60 Y5//前行至点(60，5)
N009 X60 Y25//前行至点(60，25)
N010 X15 Y25//回到始点(15，25)
依据上面所给的代码能够完结如图7所示的多点之间直线插补的功用。
5 结语
该运动操控器的硬件结构是依据微处理器S3C2440和PCL6045BL运动操控芯片规划的，它较好地发挥了ARM处理器的高性能、低本钱和运动操控芯片的高牢靠性、开发周期短的长处;在操控器硬件渠道上移植μC/OS-II实时操作体系既能使整个软件体系结构简结、层次明晰，又能很好地到达运动操控实时性的要求。
