專利名稱：一種雙核cpu的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)控設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前,現(xiàn)有CNC(Computer numerical control,計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為兩種。圖I是第一種現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖I所示，該數(shù)控系統(tǒng)包括一個CPU、顯示電路和控制信號輸出單元，所述一個CPU同時實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算與圖像實(shí)時顯示，導(dǎo)致插補(bǔ)運(yùn)算與圖像顯示的實(shí)時性較差。圖2是第二種現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖2所示，該CNC主控板包括CPU和控制信號輸出單元，其只是一個執(zhí)行插補(bǔ)運(yùn)算的運(yùn)動卡，功能單一，因此其必須通過連接智能圖像顯示工作站以實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時顯示，導(dǎo)致采用該數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，提高實(shí)時性和可靠性，降低系統(tǒng)體積和成本。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，包括ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核，以及連接ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核的共享內(nèi)存和EtherCAT網(wǎng)口，所述ARM嵌入式微控制核與顯示單元和外圍電路相連，并通過EtherCAT網(wǎng)口與上位機(jī)相連；所述DSP數(shù)字信號處理核通過通過EtherCAT網(wǎng)口與伺服驅(qū)動器相連。所述雙核CPU 為 Texas Instruments 公司的 TMS320DM8148 芯片。所述外圍電路包括電源接口電路、USB接口電路、串行接口電路、顯示接口電路、鍵盤接口電路、儲存接口電路和指示接口電路。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本實(shí)用新型雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)通過設(shè)置兩個CPU，將人機(jī)界面和插補(bǔ)算法分給兩個CPU執(zhí)行，并通過內(nèi)部高速RAM同步協(xié)調(diào)兩個CPU的運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了以較佳的實(shí)時性同時實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算與圖像顯示。在顯示裝置端，比如彩色液晶顯示器上，加工程序被動態(tài)模擬，可將加工時的刀具軌跡進(jìn)行動態(tài)圖像顯示，直觀逼真，在極大滿足加工要求的同時，保證了工件加工的速度和精度。由于采用以上技術(shù)方案，提高了系統(tǒng)的實(shí)時性、可靠性和可重用性。

圖I是第一種現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是第二種現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；[0011]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本實(shí)用新型的實(shí)施方式涉及一種雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，如圖I所示，包括ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核，以及連接ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核的共享內(nèi)存和EtherCAT網(wǎng)口，所述ARM嵌入式微控制核與顯示單元和外圍電路相連，并通過EtherCAT網(wǎng)口與上位機(jī)相連；所述DSP數(shù)字信號處理核通過通過EtherCAT網(wǎng)口與伺服驅(qū)動器相連。所述外圍電路包括電源接口電路、USB接口電路、串行接口電路、顯示接口電路、鍵盤接口電路、儲存接口電路和指示接口電路；所述雙核CPU為TexasInstruments 公司的 TMS320DM8148 芯片。所述雙核CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中的ARM Cortex-A8嵌入式微控制核采用哈佛結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口、系統(tǒng)管理界面、仿真顯示和G代碼編譯功能；所述雙核CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)中的DSP數(shù)字信號處理核，用于實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時的插補(bǔ)算法。所述的雙核CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，其中，所述ARM Cortex_A8嵌入式微控制核中的G代碼解析模塊，用于在用戶輸入G代碼后，將代碼翻譯成數(shù)控系統(tǒng)能夠控制各個電機(jī)的指令，包括G指令、M指令、S指令、F指令和T指令。所述的雙核CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，其中，所述ARM Cortex-AS嵌入式微控制核中的仿真模塊，用于用戶在輸入一個完整的加工代碼后，通過G代碼解析模塊完成解析后，將整個加工過程通過3D實(shí)物逼真的顯示整個加工過程。所述的雙核CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，其中，所述DSP數(shù)字信號處理核中的插補(bǔ)算法，先將加工對象的加工輪廓按照數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)算法分割成若干直線段進(jìn)行粗插補(bǔ)；再對粗插補(bǔ)輸出的微小線段進(jìn)行精插補(bǔ)。所述的雙核CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，其中，所述DSP數(shù)字信號處理核中的EtherCAT網(wǎng)口，DSP數(shù)字信號處理核運(yùn)行的插補(bǔ)算法，運(yùn)算結(jié)果通過EtherCAT網(wǎng)口發(fā)往所有的伺服驅(qū)動器，其實(shí)時性和可靠性是公認(rèn)的。本實(shí)用新型雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)采用雙核CPU中的哈佛結(jié)構(gòu)的ARMCortex-AS嵌入式微控制核作為人機(jī)界面主控制器，采用DSP數(shù)字信號處理核作為插補(bǔ)控制器。在ARM Cortex_A8主控制器中，移植了嵌入式操作系統(tǒng)Embedded Windows CE5. O,加載0penGL2. O以提供顯示豐富的3D加工零件動態(tài)顯示；數(shù)控系統(tǒng)的核心加工模塊，包括軟PLC單元、I/O控制單元、位置控制單元、G代碼解析單元以及刀具和間隙補(bǔ)償單元等，在ARMCortex-AS微控制核中以API的形式提供；最上層的根據(jù)各種加工需要而開發(fā)的數(shù)控加工應(yīng)用程序在ARM Cortex-AS中以圖形化界面的方式向用戶提供。如此，在DSP數(shù)字信號處理核中進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，極大的提高了數(shù)控加工的實(shí)時性和精確性。采用上述雙核CPU并不是必須的，也可以采用其他相同功能和運(yùn)算能力的雙核CPU。 所述雙核CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)控制器采用DSP數(shù)字信號處理核，實(shí)現(xiàn)了高速實(shí)時的插補(bǔ)算法。系統(tǒng)插補(bǔ)采用兩級插補(bǔ)方案，先將加工對象的加工輪廓按照數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)算法分割成若干至線段，以進(jìn)行粗插補(bǔ)；再對粗插補(bǔ)輸出的微小線段進(jìn)行精插補(bǔ)。[0018]本實(shí)用新型雙核CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中雙核CPU中包括了 ARM Cortex-A8嵌入式微控制核、DSP數(shù)字信號處理核和連接ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核的共享內(nèi)存。在ARM Cortex-A8嵌入式微控制核中，包括了 G代碼解析模塊、軟PLC核、Embedded Windows CE5. O操作系統(tǒng)、儲存模塊以及各種外圍接口模塊。ARMCortex-AS嵌入式微控制核主要是實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面，完成加工程序的輸入、預(yù)編譯、軌跡計(jì)算、速度計(jì)算、加工零件圖形的模擬仿真和加工過程零件的動態(tài)顯示等任務(wù)。在ARMCortex-AS嵌入式微控制核中，通過人機(jī)界面讀入零件加工程序，經(jīng)預(yù)編譯。軌跡計(jì)算和速度計(jì)算后，生成用于插補(bǔ)的數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)部共享RAM發(fā)給DSP數(shù)字信號處理核，由DSP數(shù)字信號處理核完成插補(bǔ)運(yùn)算，并將插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)果通過EtherCAT網(wǎng)口發(fā)給所有伺服驅(qū)動器，使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動。本實(shí)用新型中的ARM Cortex_A8嵌入式微控制核還可以向DSP數(shù)字信號處理核發(fā)出各種人工干預(yù)信息，改變數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動狀態(tài)。而實(shí)時性要求嚴(yán)格的任務(wù)，如位置限制信號和回零信號的處理，以及一些系統(tǒng)運(yùn)行安全性檢查等，則在DSP數(shù)字信號處理核直接進(jìn)行。ARM Cortex-AS嵌入式微控制核只接收處理完后的信息，并將其顯示，從而保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本實(shí)用新型雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)通過設(shè)置兩個CPU，將人機(jī)界面和插補(bǔ)算法分給兩個CPU執(zhí)行，并通過內(nèi)部高速RAM同步協(xié)調(diào)兩個CPU的運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了以較佳的實(shí)時性同時實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算與圖像顯示。在顯示裝置端，比如彩色液晶顯示器上，加工程序被動態(tài)模擬，可將加工時的刀具軌跡進(jìn)行動態(tài)圖像顯示，直觀逼真，在極大滿足加工要求的同時，保證了工件加工的速度和精度。由于采用以上技術(shù)方案，提高了系統(tǒng)的實(shí)時性、可靠性和可重用性。權(quán)利要求1.一種雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，包括ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核，以及連接ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核的共享內(nèi)存和EtherCAT網(wǎng)ロ，其特征在于，所述ARM嵌入式微控制核與顯示單元和外圍電路相連，并通過EtherCAT網(wǎng)ロ與上位機(jī)相連；所述DSP數(shù)字信號處理核通過通過EtherCAT網(wǎng)ロ與伺服驅(qū)動器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在干，所述雙核CPU為Texas Instruments 公司的 TMS320DM8148 芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，所述外圍電路包括電源接ロ電路、USB接ロ電路、串行接ロ電路、顯示接ロ電路、鍵盤接ロ電路、儲存接ロ電路和指示接ロ電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙核CPU的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，包括ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核，以及連接ARM嵌入式微控制核和DSP數(shù)字信號處理核的共享內(nèi)存和EtherCAT網(wǎng)口，其特征在于，所述ARM嵌入式微控制核與顯示單元和外圍電路相連，并通過EtherCAT網(wǎng)口與上位機(jī)相連；所述DSP數(shù)字信號處理核通過通過EtherCAT網(wǎng)口與伺服驅(qū)動器相連。本實(shí)用新型能夠提高實(shí)時性和可靠性，降低系統(tǒng)體積和成本。
文檔編號G05B19/18GK202372834SQ20112050879
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者盧鷗, 屠偉偉, 岳巍, 廖麗丹 申請人:寧波海邁克數(shù)控技術(shù)有限公司