“數(shù)控系統(tǒng)在向精密化、網(wǎng)絡化啼康、智能化和集成化的方向發(fā)展的同時厅揍，也在向小型化、嵌入式方向發(fā)展凑逗。嵌入式數(shù)控系統(tǒng)采用“量體裁衣”方式把所需功能嵌入到應用系統(tǒng)中弹惦，是未來數(shù)控及運動控制產品發(fā)展的方向，它是在我國占主流的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)由16位向32位過渡的理想選擇悄但。文章介紹了嵌入式數(shù)控系統(tǒng)內CNC主控單元與伺服驅動及I/O邏輯控制等各單元間的通信棠隐、車間級工業(yè)以太網(wǎng)絡的通信和Intranet/Internet網(wǎng)絡通信，并給出了關鍵技術實現(xiàn)檐嚣。后繼工作是對嵌入式數(shù)控機床連網(wǎng)應用開發(fā)的一個無線網(wǎng)絡解決方案助泽，使數(shù)控系統(tǒng)與外部的連接更快捷、安全和方便嚎京”龋”

　　引言

　　市場對數(shù)控系統(tǒng)要求是具有更好的柔性、適應性挖藏、擴展性，并向小型化厢漩、智能化膜眠、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。針對這一要求溜嗜，本文提出了網(wǎng)絡化的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)宵膨，其中央數(shù)控單元不是PC計算機系統(tǒng)，而是嵌入式控制系統(tǒng)丢墅，這種嵌入式控制系統(tǒng)采用ARM+DSP的結構兔憨，具有運算能力強、成本低的特點莽简，提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性扶楣，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的小型化、網(wǎng)絡化淹宽、智能化和集成化睬毒。嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的其他單元矿钩，如伺服控制單元、PLC單元遣株、通信單元蛀家、顯示單元、數(shù)據(jù)鍵入單元等革哄，也在嵌入式系統(tǒng)的基礎上搭建馅溉，屬于嵌入式系統(tǒng)模塊。嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的通信部分包含數(shù)控系統(tǒng)內CNC主控單元與伺服驅動及I/O邏輯控制等各單元間的通信庭叙、車間級工業(yè)以太網(wǎng)絡的通信和Intranet/Internet網(wǎng)絡通信劲阎。

　　1.系統(tǒng)總體結構

　　本網(wǎng)絡化嵌入式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)由武漢理工大學湖北省數(shù)字制造重點實驗室和嵌入式實驗室聯(lián)合開發(fā)成功。其中主控系統(tǒng)CPU采用三星公司的S3C44B0微控制器涧衙，系統(tǒng)的機床控制和插補運算等強實時任務由TI公司的32位TMS320F2812DSP芯片實現(xiàn)哪工。在ARM中移植了U2cos11實時多任務操作系統(tǒng)，以進行實時多任務管理弧哎，其主要任務是實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的人機界面雁比，完成加工程序的輸入、預編譯撤嫩、軌跡計算偎捎、速度計算和加工零件圖形的模擬仿真等任務，同時提供工業(yè)以太網(wǎng)絡接口與上層管理PC機通信序攘，然后通過上層PC機將嵌入式數(shù)控系統(tǒng)連入Internet茴她。DSP負責處理一些實時性強的機床信號，并據(jù)ARM的指令執(zhí)行機床控制和插補運算等強實時任務程奠。在ARM中生成用于插補的數(shù)據(jù)(加工數(shù)據(jù))丈牢，并通過CAN總線發(fā)給DSP，由DSP完成插補處理瞄沙。伺服單元主要接受ARM和DSP的指令對主軸電機和進給電機進行控制已箫。

　 　2.嵌入式數(shù)控系統(tǒng)通信功能的實現(xiàn)

　　數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化是以Internet技術、通訊技術坟荤、數(shù)控技術和計算機技術等為基礎蕴节，將遠程設計、數(shù)控編程和數(shù)控加工等集成在一起挽沧，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)等數(shù)控設備的網(wǎng)絡化和集成化贷弧。嵌入式數(shù)控系統(tǒng)作為網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)的基本單元，可以實現(xiàn)制造車間設備的集中控制管理糙官、遠程控制窟潜、遠程故障診斷、網(wǎng)絡制造鱼催、網(wǎng)上培訓羞喻、網(wǎng)上營銷及網(wǎng)上管理等功能伴零，從而可以在全球范圍內將具有不同數(shù)控類型的企業(yè)聯(lián)系起來實現(xiàn)資源的共享和優(yōu)化利用，這樣不僅可以提高產品的加工質量和生產效率区膨，還能敏捷地響應瞬息萬變的市場感桌。嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中的通信功能包括3個方面:數(shù)控系統(tǒng)內CNC主控單元與伺服驅動及I/O邏輯控制等各單元間的通信、車間級工業(yè)以太網(wǎng)絡的通信和Intranet/Internet網(wǎng)絡通信馋袜∧衅欤　

　 　2.1系統(tǒng)單元間的通信

　　系統(tǒng)ARM、DSP和各伺服單元之間通過CAN總線通信欣鳖。CAN總線的特點決定了它非常適合架構嵌入式數(shù)控系統(tǒng)察皇，首先CAN總線采用了循環(huán)冗余碼校驗(Cy2clicredundancy check)、框架檢測( Frame check)泽台、確認信號出錯檢測(ACK errors)什荣、總線監(jiān)控(Bus monito2ring)、位填充(Bit stuffing)等5種錯誤監(jiān)測和糾錯措施怀酷，從而達到了很高的可靠性稻爬，平均誤碼率小于10-13。其次蜕依，CAN總線采用了獨特的位仲裁技術桅锄，具有比CSMA/CD網(wǎng)(IEE802.3)和令牌網(wǎng)(IEE802.4)更高的實時性。除此之外样眠，CAN總線的通訊速率可達1MBPS友瘤，遠距離傳輸可達10km，同時接口簡單肩蹬、安裝方便虏向，通訊控制簡單。在嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中深酗，ARM皇腮、DSP和伺服單元都實現(xiàn)了CAN總線接口，可以作為系統(tǒng)的一個節(jié)點姚继，非常方便地實現(xiàn)模塊加入、更改和退出窟诈。

　　嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的主控CPU采用三星公司的S3C44B0微控制器几馁，芯片內不帶CAN總線協(xié)議控制及驅動核，因此選取PHILIPS公司的SJA1000CAN控制器以及82C250總線收發(fā)器掏手。SJA1000支持CAN2.0A/B規(guī)約钙阐，可方便地實現(xiàn)與S3C44B0接口。CAN接口電路如圖3所示丑凛，SJA1000集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能颁吭，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理塘坛，該控制器具有多主結構、總線訪問優(yōu)先權殃恒、硬件濾波等特點植旧。PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口，它可以提供總線的差動發(fā)送能力和接收能力离唐，高速應用可達1MHz病附，可掛110個節(jié)點。

　　嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的機床控制和插補運算等強實時任務由DSP實現(xiàn)亥鬓。插補運算硬件采用TI公司的32位TMS320F2812芯片完沪，其最高頻率可達150MHz，時鐘周期縮短到6.67ns嵌戈，完全滿足數(shù)控插補算法的實時性覆积。同時2812芯片內部集成CAN總線控制器，因此外部只需接82C250總線驅動器即可熟呛。所有進行數(shù)據(jù)傳輸和接受濾波的協(xié)議由芯片內部的CAN總線控制器實現(xiàn)宽档，通過2812芯片內的特殊功能寄存器可配置CAN控制器訪問接受到的數(shù)據(jù)以及進行數(shù)據(jù)傳輸。由于2812芯片可完成CAN總線協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和應用層的所有功能惰拱，因此可以非常方便的接入基于CAN總線的數(shù)控系統(tǒng)雌贱。

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