嵌入式可重构数控系统的研究

传统的数控系统采用的大多是专用的封闭式结构，它能提供给用户的选择有限，用户无法对现有数控设备的功能进行修改以满足自己的特殊要求；各种厂商提供给用户的操作方式各不相同，用户在培训人员、设备维护等方面要投入大量的时间和资金。这些问题严重阻碍了CNC制造商、系统集成者和用户采用快速而有创造性的方法解决当今制造环境中数控加工和系统集成中的问题。随着电子技术和计算机技术的高速发展，数控技术正朝向柔性化、智能化和网络化的方向发展。针对数控系统已存在的问题和未来发展的趋势，本文致力于建立一个适合现场加工特征的开放结构数控平台，使系统具备软硬件可重构的柔性特征，同时把监控诊断和网络模块融入数控系统的框架体系之内，满足智能化和网络化的要求。 本文在深入研究嵌入式系统技术的基础上，引入可重构的设计方法，选择具体的硬件平台和软件平台进行嵌入式可重构数控系统平台的研发。硬件结构以MOTOROLA的高性能32位嵌入式处理器MC68F375和ALTERA的现场可编程门阵列(FPGA)芯片为核心，配以系统所需的外围模块；软件系统以性能卓越的VxWorks嵌入式实时操作系统为核心，开发所需要的应用软件，将VxWorks嵌入式实时操作系统扩展为一个完整、实用的嵌入式数控系统。该系统不仅具有可靠性高、稳定性好、功能强的优点，而且具有良好的可移植性和软硬件可裁减性，便于根据实际需求进行功能的扩展和重构。 本论文的主要研究工作如下： (1)深入研究了以高性能微处理器MC68F375为核心的主控制板的硬件电路设计，以及存储、采集、通讯和网络等模块的设计。 (2)深入研究了基于FPGA的串行配置方法和可重构设计方法，设计出基于FPGA的电机运动控制、机床IO控制、键盘阵列和液晶显示控制等接口模块电路。 (3)深入研究了VxWorks嵌入式实时操作系统在硬件平台上的移植和任务调度原理，合理分配控制系统的管理任务，开发系统的底层驱动程序和应用程序。 最后，本文总结了系统的开发工作，并对嵌入式可重构数控系统的进一步研究提出了自己的一些想法，以指引后续研究工作。