基于Linux實時擴展的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)研究與開發(fā).pdf

1、嵌入式數(shù)控系統(tǒng)是嵌入式技術(shù)在現(xiàn)代數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用，它集嵌入式、機械制造、計算機、信息處理、自動控制、機電一體化等多種技術(shù)于一體，是數(shù)控系統(tǒng)一個重要的研究和發(fā)展方向。為了滿足數(shù)控系統(tǒng)多任務(wù)、強實時性的功能需求，目前大多嵌入式數(shù)控系統(tǒng)采用“嵌入式處理器+運動控制器”的雙CPU結(jié)構(gòu)形式，其強實時性任務(wù)功能主要在下位機的運動控制器中實現(xiàn)，因此對運動控制器性能要求非常高，導(dǎo)致其開發(fā)難度較大、開發(fā)周期較長。為此，本文充分利用當(dāng)前嵌入式主機的優(yōu)良特性及

2、開發(fā)的便利性，嘗試將系統(tǒng)強實時性的任務(wù)功能在上層主機中實現(xiàn)，而將下層運動控制器簡化為一個帶精插補器的運動控制接口。
　　 本文設(shè)計研究了一款以PC104嵌入式板卡為主處理單元的單CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，并通過Linux實時擴展在上層實現(xiàn)其多任務(wù)、強實時性的數(shù)控功能。主要研究工作和成果如下：
　　 1. 詳細(xì)分析了嵌入式數(shù)控系統(tǒng)在硬件上的要求，特別是對硬件的實時性需求。設(shè)計構(gòu)建了以PC104嵌入式板卡為主處理單元的，以FPG

3、A為核心擴展單元的硬件平臺。
　　 2. 為實現(xiàn)單CPU嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的強實時性任務(wù)功能，對系統(tǒng)實時性開發(fā)和運行環(huán)境進(jìn)行了深入研究，提出了Linux+Xenomai架構(gòu)的多任務(wù)、實時性擴展的系統(tǒng)開發(fā)運行環(huán)境，并對該架構(gòu)進(jìn)行了實時性定量測試，驗證了理論的正確性和架構(gòu)的實用性。
　　 3. 構(gòu)建了符合本嵌入式數(shù)控系統(tǒng)要求的嵌入式Linux系統(tǒng)，安裝了Xenomai內(nèi)核實時子系統(tǒng)，實現(xiàn)了Linux+Xenomai的多任務(wù)、強實

4、時性擴展環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上規(guī)劃和實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的核心軟件功能模塊。
　　 4. 對Linux設(shè)備驅(qū)動構(gòu)架進(jìn)行了分析，總結(jié)了Linux字符設(shè)備驅(qū)動開發(fā)的一般流程，并以RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串口為通訊接口，在Linux系統(tǒng)環(huán)境下設(shè)計了一款數(shù)控系統(tǒng)專用鍵盤。通過初步的性能測試，本文搭建的基于PC104嵌入式板卡和FPGA運動控制接口的數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺，構(gòu)建的以Linux+Xenomai架構(gòu)的多任務(wù)、強實時性擴展環(huán)境，可滿足常用嵌入式數(shù)控系