第8章ARM嵌入式系統(tǒng)設計開發(fā)實例8.1基于ARM+μC/OS-Ⅱ的嵌入式磨削數(shù)控系統(tǒng)的設計8.2基于ARM+Linux的現(xiàn)代化超市電子購物系統(tǒng)的設計8.3基于ARM+Linux的嵌入式數(shù)控磨床控制系統(tǒng)的設計8.1基于ARM+μC/OS-Ⅱ的嵌入式

磨削數(shù)控系統(tǒng)的設計

8.1.1前言

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可剪裁，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴格的專用計算機系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)具有微內(nèi)核、系統(tǒng)精簡、強實時性、專用性強等特點，因此特別適合具有實時性能要求的機電控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的基于單片機的簡易數(shù)控系統(tǒng)，雖然造價低，但功能不足，而基于工業(yè)PC的嵌入型數(shù)控系統(tǒng)、基于高端PLC的專用數(shù)控系統(tǒng)等性能較好，但造價太高?；诟咝阅芮度胧轿⑻幚砥骱蛯崟r操作系統(tǒng)的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，將克服上述兩類數(shù)控系統(tǒng)的不足，具有性能好、成本低、體積小、結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點，具有高的性價比，是未來數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。本節(jié)以基于M250磨床的數(shù)控系統(tǒng)改造為研究背景，探討基于S3C44B0X實現(xiàn)的、具有一定通用性的嵌入式磨削數(shù)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)問題。8.1.2系統(tǒng)硬件設計

1.S3C44B0X微處理器簡介

S3C44B0X是三星公司專為手持設備和一般應用提供的高性價比、高性能的16/32位RISC型嵌入式微處理器。它集成了ARM7TDMI核，采用0.25?μmCMOS工藝制造，并在ARM7TDMI核基本功能的基礎(chǔ)上集成了8?KBCache(數(shù)據(jù)或指令)、內(nèi)部SRAM、外部存儲器控制器、LCD控制器、4個DMA通道、帶自動握手的2通道UART、1個多主I2C總線控制器、1個I2S總線控制器、5通道PWM定時器、1個看門狗定時器、71個通用I/O口、8個外部中斷源、具有日歷功能的實時RTC、8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器、1個SIO接口以及PLL(鎖相環(huán))時鐘發(fā)生器等豐富的外圍功能模塊，非常適合于成本和功耗要求較高的嵌入式應用系統(tǒng)。圖8.1嵌入式磨削數(shù)控系統(tǒng)硬件組成框圖2．存儲器的擴展

為了滿足需要，本系統(tǒng)擴展了Flash程序存儲器和SDRAM數(shù)據(jù)存儲器。Flash程序存儲器在系統(tǒng)中用于存放程序代碼。本系統(tǒng)采用一片SST39VF160構(gòu)建16位的Flash存儲器系統(tǒng)，其存儲容量為2?MB，并將其配置到存儲器的Bank0，即將S3C44B0X的nGCS0接至SST39VF160的片選信號nCE端，S3C44B0X的A20～A1接至SST39VF160的A19～A0端，其地址范圍是0x00000000～0x001FFFFF。

SDRAM數(shù)據(jù)存儲器在系統(tǒng)中主要用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。本系統(tǒng)使用HY57V651620B構(gòu)建16位SDRAM存儲器系統(tǒng)，并通過nCS6將其配置到存儲器的BANK6，其存儲容量為4組×16M位(8?MB)，其地址范圍是0x0C000000～0x0C7FFFFF。3．通信和調(diào)試接口

為了滿足系統(tǒng)各種可能的通信和調(diào)試需要，系統(tǒng)配備了RS-232C接口、USB接口以及JTAG接口。其中RS-232C接口用于直接從PC機接收有關(guān)加工信息數(shù)據(jù)，USB接口用于接收U盤等USB移動設備存儲的有關(guān)加工信息數(shù)據(jù)，JTAG接口則供系統(tǒng)交叉調(diào)試使用。

由于S3C44B0X只有UART0/1并沒有集成RS-232C接口，這里選用MAX3232作為UART到RS-232C的電平轉(zhuǎn)換芯片，以便其與PC機等其他設備進行串行通信。因S3C44B0X內(nèi)部沒有USB接口，這里選用USB1.1版本的USBN9603作為S3C44B0X擴展USB控制器的接口芯片。二者采用并行總線方式進行連接，S3C44B0X通過總線操作(nGCS4作為片選信號)對USBN9603進行控制，完成USB的讀寫操作。由于S3C44B0X中集成了JTAG信號，因此只需引出這些信號線在板上擴出JTAG口，即可與JTAG調(diào)試器進行通信。有關(guān)接口電路的具體連接此處略。4．電機驅(qū)動控制模塊

系統(tǒng)選用兩個交流伺服電機，交流伺服電機的控制采用位置控制。系統(tǒng)中采用S3C44B0X所具有的脈沖寬度調(diào)制PWM方式的輸出進行控制。5．人機交互模塊

系統(tǒng)需要顯示的基本信息包括X軸和Y軸坐標值(含X軸和Y軸運行方向指示)、參數(shù)值(磨削—粗、精、光，速度，進給，粗磨，精磨；修整—補償量、補償間隔，進給量、工件統(tǒng)計)、磨削余量(光柱)、工作狀態(tài)指示(快進、粗磨、精磨、光磨、快退、等待、修整)和控制方式指示(自動、半自動、調(diào)校)等。同時為了操作和控制的方便，我們還可顯示其他有關(guān)的操作信息和控制界面。因此本系統(tǒng)選用LCD液晶顯示器進行顯示。由于S3C44B0X處理器本身自帶LCD控制系統(tǒng)，而且可以驅(qū)動所選用的液晶顯示屏，所以只要選用合適的LCD顯示器并把相應的控制信號進行連接即可。

系統(tǒng)用于參數(shù)設置和加工控制的鍵盤采用矩陣式鍵盤，并選用中斷掃描工作方式。8.1.3系統(tǒng)軟件設計

1．μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的移植

所謂μC/OS-Ⅱ的移植，實際上就是對μC/OS-Ⅱ中與處理器有關(guān)的代碼進行重寫或修改。其移植應滿足以下要求：ARM處理器的C編譯器可以產(chǎn)生可重入代碼；可以使用C調(diào)用進入和退出臨界區(qū)代碼；處理器必須支持硬件中斷，并且需要一個定時中斷源；處理器需要能夠容納一定數(shù)據(jù)的硬件堆棧；處理器需要有能夠在CPU寄存器與內(nèi)核和堆棧間交換數(shù)據(jù)的指令，移植μC/OS-Ⅱ內(nèi)核主要步驟如下：用#define設置一個常量的值；用#define分別聲明3個宏和10個與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型(在OS_CPU.H中)；用C語言編寫6個與操作系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)(在OS_CPU_C.C中)；用匯編語言編寫4個與處理器相關(guān)的函數(shù)(在OS_CPU_A.ASM中)。2．硬件驅(qū)動層擴展

在硬件之上，必須有驅(qū)動程序來實現(xiàn)對硬件的基本操作。事實上，μC/OS-Ⅱ并沒有給驅(qū)動程序提供統(tǒng)一的標準接口，任何在系統(tǒng)中實現(xiàn)硬件管理的程序都可以稱之為驅(qū)動程序。底層驅(qū)動程序通常采用匯編或C語言編寫，主要實現(xiàn)初始化硬件和釋放硬件，把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)，檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤和故障。同時，還必須將對某個硬件進行的某項操作的代碼封裝成函數(shù)，供上層的程序調(diào)用。在本系統(tǒng)中，主要完成通信接口、電機驅(qū)動控制、LCD顯示等外設驅(qū)動函數(shù)的編寫。限于篇幅，下面僅介紹系統(tǒng)中一個重要的驅(qū)動程序—USB驅(qū)動程序的編寫。

USB驅(qū)動程序的主要任務是初始化USB接口、控制USB的讀寫操作、進行USB中斷操作及處理USB中斷服務程序。USB主機的軟件流程如圖8.2所示。圖8.2USB主機的軟件流程圖3．應用程序代碼的編寫

1)?main主函數(shù)的編寫

多任務的啟動是通過在主函數(shù)main中調(diào)用OSStart()來實現(xiàn)的。調(diào)用OSStart()后，從任務就緒表中找到優(yōu)先級最高的任務控制塊，啟動高優(yōu)先級任務啟動函數(shù)OSStartHighRdy()然后再啟動多任務內(nèi)核。在主程序main()中需要做的是調(diào)用OSInit()對有關(guān)變量初始化，創(chuàng)建任務，調(diào)用OSStart()進入實時多任務環(huán)境，同時啟動時間節(jié)拍定時器，調(diào)度任務就緒表中優(yōu)先級最高的任務轉(zhuǎn)入運行，獲得CPU，運行開始。2)中斷函數(shù)的編寫

中斷函數(shù)的編寫和沒有嵌入式操作系統(tǒng)時基本相同，只是在原來的基礎(chǔ)上在固定的兩個位置增加兩個函數(shù)OSIntEnter()和OSIntExit()，并在系統(tǒng)初始化時掛接在中斷向量表中。在中斷服務程序編寫的過程中要注意關(guān)中斷的時間。在μC/OS-Ⅱ中，應把數(shù)據(jù)處理任務的優(yōu)先級設得高一些，并在中斷服務程序中使它進入就緒狀態(tài)，這樣可保證系統(tǒng)在調(diào)用OSIntExit()時判斷是否進行任務切換；并在中斷結(jié)束后立即調(diào)度并執(zhí)行相應的數(shù)據(jù)處理任務，以使中斷響應的時間限制在一定范圍之內(nèi)。3)用戶任務的編寫

基于μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)內(nèi)核的應用代碼編程，主要就是對各個任務的編程。本系統(tǒng)中OSTaskCreate()創(chuàng)建了10個用戶任務：作業(yè)控制、U盤讀寫、鍵盤輸入、代碼翻譯、插補運算、電機控制、液晶顯示、檢測報警、電源管理、時鐘任務，同時還包括空閑任務和統(tǒng)計任務等兩個系統(tǒng)任務。其中時鐘任務優(yōu)先級最高，它是一個超級任務，用來對其他任務進行超時監(jiān)控，以避免程序“跑飛”或陷入死循環(huán)。若數(shù)控系統(tǒng)功能需要增減，則只要在相應的任務中進行模塊的添加和刪除。為了使系統(tǒng)更加快速、靈活、準確，根據(jù)任務的優(yōu)先級把用戶任務劃分為四層：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、控制執(zhí)行層和輔助管理層，并從優(yōu)先級5開始定義。優(yōu)先級最高的是數(shù)據(jù)采集層，包括U盤讀寫、鍵盤輸入等任務，主要是準確無誤地讀取加工信息并傳遞給數(shù)據(jù)處理層；數(shù)據(jù)處理層是核心層，包括代碼翻譯、插補運算等任務，它根據(jù)數(shù)據(jù)采集層提供的加工信息，選擇相應的控制策略，進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，發(fā)出相應的控制指令；控制執(zhí)行層包括電機控制、液晶顯示等任務，根據(jù)數(shù)據(jù)處理層的期望值作為控制量，驅(qū)動相應的電機工作控制磨削加工，顯示有關(guān)加工信息；輔助管理層包括電源管理、檢測報警等任務，優(yōu)先級最低，主要完成一些電源管理和系統(tǒng)診斷等輔助功能。各層內(nèi)的任務優(yōu)先級不是特別重要，可以根據(jù)具體應用進行合理的設定。任務間的通信可以通過郵箱、消息隊列等IPC機制來實現(xiàn)。限于篇幅，下面僅介紹電機控制任務的程序設計。磨削機系統(tǒng)中主軸電機只需要實現(xiàn)簡單的通斷控制即可，而要求兩臺交流伺服電機能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動，既可以實現(xiàn)同方向同時旋轉(zhuǎn)，又可以實現(xiàn)反方向同時旋轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)通過S3C44B0X的PWM輸出通道產(chǎn)生連續(xù)的脈沖，為實現(xiàn)交流伺服電機較精確的位置控制和實時響應，采用軟件定時中斷的方式實現(xiàn)電機控制脈沖的發(fā)送。PWM控制流程如圖8.3所示，其中系統(tǒng)中所采用的插補算法為直接函數(shù)計算插補法，可達到較高的進給速度。圖8.3PWM控制流程圖8.1.4結(jié)論

本嵌入式磨削數(shù)控系統(tǒng)以S3C44B0X為控制器，以μC/OS-Ⅱ為操作系統(tǒng)，以U盤進行加工信息的離線傳輸，以PWM方式進行電機控制，以LCD顯示器進行顯示，并配有輸入鍵盤、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器以及多種數(shù)據(jù)通信接口。它具有控制精度高、成本低、體積小、易于擴展和升級等特點，是傳統(tǒng)機床的數(shù)控化改造和經(jīng)濟型數(shù)控機床升級開發(fā)的發(fā)展趨勢。本設計的創(chuàng)新之處就是設計了一個基于S3C44B0X的嵌入式磨削數(shù)控系統(tǒng)，為傳統(tǒng)機床的數(shù)控化改造和經(jīng)濟型數(shù)控機床升級開發(fā)提供了一種可行而實用的設計思路。8.2基于ARM?+?Linux的現(xiàn)代化超市電子購物系統(tǒng)的設計

8.2.1前言

隨著社會的進步和發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活對嵌入式系統(tǒng)的功能和性能的要求不斷提高，原有的以單片機或嵌入式微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)已難以滿足某些高科技場合的需求。近幾年基于32位ARM結(jié)構(gòu)的微處理器+嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)便應運而生，并成為嵌入式系統(tǒng)的研究熱點。本節(jié)以現(xiàn)代化超市為背景，旨在解決目前超市中存在的查詢商品不便、排長隊結(jié)賬、超市內(nèi)定位困難、服務和信息滯后等問題，采用嵌入式系統(tǒng)、射頻識別(RFID)、無線局域網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、多媒體等技術(shù)，實現(xiàn)了現(xiàn)代化超市電子購物系統(tǒng)。8.2.2系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)采用具有全球唯一UID的“電子標簽”作為商品、會員和位置的信息載體。移動購物終端獲得由RFID讀卡模塊讀取的UID，通過無線局域網(wǎng)查詢數(shù)據(jù)庫信息后進行相應的處理。將電子標簽放在每個商品和會員卡中，移動購物終端就能自動識別并處理商品信息和顧客信息；將電子標簽放在超市的地面下，移動購物終端就能自動在超市內(nèi)定位。系統(tǒng)由移動購物終端和服務器端兩大部分構(gòu)成，均采用Linux操作系統(tǒng)，通過802.11b無限局域網(wǎng)連接。移動購物終端以Sitsang板為核心，外接CF無線局域網(wǎng)卡、相應的讀卡模塊和讀卡控制電路，并安裝在超市的購物小車上。服務器端由PC機、無限AP、打印機隊列組成，通過設計服務程序為終端提供數(shù)據(jù)庫服務、NFS服務、語音服務、自動結(jié)賬服務，實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖8.4所示，信息處理流程圖如圖8.5所示。圖8.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖圖8.5信息處理流程圖8.2.3移動購物終端硬件設計

移動購物終端采用兩個RFID讀卡模塊，一個是識別商品電子標簽的商品電子讀卡模塊，另一個是識別定位電子標簽的定位標簽讀卡模塊，兩個模塊均選用了Promatic公司的PRR8032RFID讀卡模塊，電子標簽采用TI公司的Tag-itHF-IInlay(ISO15693)無源標簽。UID是每個電子標簽中的全球唯一的64位標識碼，根據(jù)ISO15693-3協(xié)議，它具有嚴格的數(shù)據(jù)格式，在生產(chǎn)過程中已經(jīng)被固化在每一個電子標簽的微電子芯片中，生產(chǎn)出以后不能再修改。移動購物終端的硬件結(jié)構(gòu)如圖8.6所示。圖8.7是商品/會員標簽和定位標簽讀卡控制電路框圖。圖8.6系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖圖8.7商品/會員標簽和定位標簽讀卡控制電路框圖8.2.4移動購物終端軟件設計

移動購物終端的軟件是基于Sitsang平臺和Linux操作系統(tǒng)，采用多進程技術(shù)開發(fā)，通過模塊化的設計，完成對商品信息、會員信息、超市服務信息的識別、查詢、管理、操作與顯示。圖8.8是軟件總體結(jié)構(gòu)流程圖。移動購物終端軟件設計包括圖形界面設計和應用程序設計。其中圖形界面設計使用Linux平臺的QT/EmbeddedEvaluationVersion2.3.2開發(fā)，采用QT特有的信號和槽(SignalsandSlot)機制設計全新的圖形界面和應用程序。圖8.9～圖8.16為系統(tǒng)部分擬設計的典型圖形界面。應用程序設計主要包括讀卡模塊設計、表格顯示模塊設計、數(shù)據(jù)庫客戶端模塊設計等。圖8.8軟件總體結(jié)構(gòu)流程圖圖8.9會員身份識別與登錄界面圖8.10顧客與商品定位界面圖8.11商品分類查詢界面圖8.12購物清單界面圖8.13商品識別與顯示界面圖8.14商品詳細內(nèi)容顯示界面圖8.15自動結(jié)賬界面圖8.16超市3D布局瀏覽界面8.2.5移動購物服務器端設計

服務器使用RedhatLinux9.0操作系統(tǒng)，并安裝較新版本的MySQL數(shù)據(jù)庫。通過配置打印機隊列進行購物小票的打印。通過多個AP覆蓋整個超市的范圍，服務器就可以同時為多個移動購物終端提供各種服務。服務器端編寫了自動結(jié)賬、語音服務等服務程序，并制作了相應操作界面，管理各種信息。服務器端的設計主要包括三個方面：數(shù)據(jù)庫的設計、定位子系統(tǒng)的設計、自動結(jié)賬子系統(tǒng)的設計。限于篇幅，有關(guān)具體設計略。8.2.6系統(tǒng)設計開發(fā)調(diào)試結(jié)果

1．應用程序開發(fā)環(huán)境的建立

通過修改內(nèi)核源程序printk.c中的printk函數(shù)，杜絕系統(tǒng)的內(nèi)核輸出信息破壞圖形界面顯示：通過修改USB主口驅(qū)動源程序usbserio.c中的get_free_serial函數(shù)和結(jié)構(gòu)體變量，并在編譯內(nèi)核時選擇模塊USBFTDISinglePortSerialDriver，編譯模塊后將usbserial.o和ftdi_sio.o加載入內(nèi)核，驅(qū)動FT232BM芯片將USB主口轉(zhuǎn)換為UART；在定制文件系統(tǒng)時刪去與qpe桌面相關(guān)的部分，將移動購物終端軟件的程序及文件拷貝到/usr/qpe/bin目錄下取代原qpe桌面程序，修改qpe.sh腳本，即可實現(xiàn)在開機后自動運行終端程序并進入圖形界面。2．網(wǎng)絡調(diào)試環(huán)境建立

為解決在一臺PC機上同時運行兩個Linux操作系統(tǒng)的問題，本設計采用在WindowsXP系統(tǒng)中安裝虛擬機的方法。在虛擬機里安裝兩個Linux操作系統(tǒng)，一個作為宿主機，一個作為目標機，這樣就可利用切換鍵在這三個系統(tǒng)之間相互切換，并建立三個系統(tǒng)的通信，既能充分利用熟悉的Windows操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡資源，又能共享三個系統(tǒng)的資源。3．圖形界面的調(diào)試

在VMware中搭建調(diào)試環(huán)境，建立development機和target機，在VMware里使用kgdb進行調(diào)試環(huán)境的搭建。在development機上配合使用一些其他的調(diào)試工具，本設計使用的是圖形界面的DDD調(diào)試器，方便了內(nèi)核的調(diào)試工作。圖8.17～圖8.20為系統(tǒng)部分典型圖形界面的調(diào)試結(jié)果。圖8.17超市登錄界面的調(diào)試結(jié)果圖8.18商品分類查詢界面的調(diào)試結(jié)果圖8.19購物清單界面的調(diào)試結(jié)果圖8.20自動結(jié)賬界面的調(diào)試結(jié)果4．內(nèi)核在PXA255上的移植

(1)內(nèi)核的修改配置。找到經(jīng)過裁剪編譯的內(nèi)核，修改配置文件，匹配交叉編譯器；在193行找到ARCH，并進行對應的修改；配置編譯的內(nèi)核，修改動態(tài)參數(shù)。

(2)編譯內(nèi)核。創(chuàng)建一個指向裁剪后的內(nèi)核源代碼符號；進入此目錄；運行清理包命令:makemrproper；使用現(xiàn)有的配置文件作為新內(nèi)核配置文件的基礎(chǔ)，復制已經(jīng)存在的配置文件到相應的目錄中；運行sudomakemenuconfig或sudomakexconfig進行編譯。

(3)下載移植。下載zImage到開發(fā)板，完成移植。8.2.7結(jié)論

系統(tǒng)由移動購物終端和服務器端組成，其中移動購物終端以Sitsang開發(fā)板和RIFD感應器為基礎(chǔ)設計制作，借助于RFID卡和埋設在貨架通道上的定位卡，可以通過用戶購物車系統(tǒng)方便地獲得商品信息和超市導購信息。整個系統(tǒng)具有友好的中文圖形界面，能夠?qū)崿F(xiàn)商品的自動識別與詳細信息顯示、購物清單管理、商品分類查詢、顧客定位與商品定位、自動結(jié)賬、會員身份識別與管理、超市3D布局顯示、語音呼叫與留言等功能。本設計主要應用于現(xiàn)代化超市中，還可以應用到圖書館、倉儲、檔案室、物流等領(lǐng)域，具有良好的應用價值。8.3基于ARM+Linux的嵌入式數(shù)控磨床控制系統(tǒng)的設計

8.3.1前言

當今，數(shù)控機床以節(jié)約勞動力、生產(chǎn)效率高、精度可靠性高、柔性高等優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)機床。嵌入式系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)和PC平臺，既有單片機系統(tǒng)成本低、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡、體積小、功耗低的特點，又具有PC平臺的開發(fā)環(huán)境好、資源豐富、具備操作系統(tǒng)、用戶界面友好的特點，恰恰彌補了傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的不足。它不僅具有可靠性高、穩(wěn)定性好、功能強的優(yōu)點，而且具有良好的可移植性和可裁減性，可根據(jù)實際需求進行系統(tǒng)功能的擴展和裁減，因而在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域就有良好的發(fā)展前景。本節(jié)以基于傳統(tǒng)數(shù)控磨床的數(shù)控系統(tǒng)改造為研究背景，探討基于S3C2440A實現(xiàn)的、具有一定通用性的嵌入式數(shù)控磨床控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)問題。

8.3.2系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)基于原始PC數(shù)控磨床的基礎(chǔ)上進行改造設計，以三星公司的S3C2440A微處理器為核心。為通過擴展用戶板塊構(gòu)成硬件平臺，采用Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺，編寫設備驅(qū)動程序、數(shù)控算法、人機交換界面等，以實現(xiàn)向伺服電機和步進電機驅(qū)動器提供控制信號，控制數(shù)控磨床各個刀片的旋轉(zhuǎn)和走位的嵌入式數(shù)控磨床的控制系統(tǒng)。它可以從USB和SD卡中讀取要加工的文件，也可以通過網(wǎng)絡或串口、USB下載存入Flash的具體地址，同時網(wǎng)絡功能也為遠程監(jiān)控做好了準備。系統(tǒng)選用兩個交流伺服電機，交流伺服電機的控制采用位置控制，系統(tǒng)中采用S3C2440A所具有的脈沖寬度調(diào)制PWM方式的輸出進行控制、加工。同時系統(tǒng)主板上有多種接口，為以后擴展其他功能做好準備，如擴展網(wǎng)絡攝像機，以更方便、更直觀地進行遠程監(jiān)控。8.3.3系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件以三星公司的S3C2440AARM9芯片為核心(處理器為ARM920T)，擴展用戶板塊組成，硬件系統(tǒng)如圖8.21所示。圖8.21數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖1.?S3C2440A微處理器選擇

由于本系統(tǒng)對處理速度要求高，所以選用ARM9內(nèi)核芯片；并且所要實現(xiàn)的功能比較強大，集成了很多的模塊，如觸摸屏、USB、攝像頭等，所以選用目前比較流行且集成度相當高的S3C2440A芯片。

S3C2440A采用ARM920T內(nèi)核，集成的片上功能有：1.2?V內(nèi)核，1.8?V/2.5?V/3.3?V儲存器，3.3?V擴展I/O，16?KB指令Cache(I-Cache)/16KB數(shù)據(jù)Cache(D-Cache)；外部儲存控制器(SDRAM控制盒片選邏輯)；集成LCD專用DMA的LCD控制器(支持最大4K色STN和256K色TFT)；4路擁有外部請求引腳的DMA控制器；3路URAT(IrDA1.0，64BTxFIFO，64BRxFIFO)；2路SPI；I2C總線接口(多主支持)；I2S音頻編解碼器接口；AC97編解碼器接口；1.0版SD主接口，兼容2.11版MMC接口；2路USB主機控制/1路USB期間控制(ver1.1)；4路PWM定時器/1路內(nèi)部定時器/看門狗定時器；8路10位ADC和觸摸屏接口；具有日歷功能的RTC；攝像頭接口(支持最大4096?×?4096的輸入，2048?×?2048縮放輸入)；130個通用I/O，24個外部中斷源；電源控制(正常、慢速、空閑、睡眠模式)；帶PLL的片上時鐘發(fā)生器等。其接口豐富，非常適合外圍擴展模塊較多且低成本的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。2.存儲器的擴展

本系統(tǒng)的存儲模塊采用NANDFlash與SDRAM組合成程序、數(shù)據(jù)存儲器，可以獲得非常高的性價比。

本系統(tǒng)中使用的Flash芯片是Intel公司的K9F1216U0AFlash，存儲空間由128?KB的擦除塊組成。擦除塊是相互獨立的，每一塊的擦除操作可以在1秒內(nèi)完成。每一塊可以獨立地被擦除100000次以上。目前常用的SDRAM為8位/16位數(shù)據(jù)寬度，可根據(jù)系統(tǒng)需求構(gòu)建16位或32位的SDRAM存儲器系統(tǒng)。TQS3C2440使用了兩片外接的32MB總共64?MB的SDRAM芯片(型號為HY57V561620FTP)，一般稱之為內(nèi)存，它們并接在一起形成32位的總線數(shù)據(jù)寬度，這樣可以增加訪問的速度。因為是并接，故它們都使用了nGCS6作為片選端，物理起始地址為0x30000000。3.各種外圍接口

系統(tǒng)為了能更方便用戶的使用，擴展了許多接口，如圖8.21所示。

USB和SD卡接口，用于接收U盤、SD卡等移動存儲設備的有關(guān)加工信息數(shù)據(jù)文件，通過這兩個接口可以把加工文件輸入數(shù)控系統(tǒng)中，同時也可把文件拷貝到U盤或SD卡中。

系統(tǒng)采用的人機交換界面是觸摸屏。系統(tǒng)需要顯示的基本信息包括X軸和Y軸坐標值(含X軸和Y軸運行方向指示)、參數(shù)值(磨削—粗、精、光，速度—進給、粗磨、精磨，修整，補償量、補償間隔，進給量、工件統(tǒng)計)、磨削余量(光柱)、工作狀態(tài)指示(快進、粗磨、精磨、光磨、快退、等待、修整)和控制方式指示(自動、半自動、調(diào)校)等。同時為了操作和控制的方便，還可顯示其他有關(guān)的操作信息和控制界面，也可通過USB接備用鼠標和鍵盤。JTAG接口用來進行系統(tǒng)的調(diào)試與仿真，同時還可以用來進行文件的燒寫。

以太網(wǎng)接口，系統(tǒng)用的是DM9000以太網(wǎng)芯片，有100M，用來與外界聯(lián)系，也可以通過以太網(wǎng)進行文件的傳輸和遠程監(jiān)控。網(wǎng)絡攝像頭配合以太網(wǎng)進行遠程監(jiān)控。