五軸雕刻機(jī)機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+三維建模+文檔】,含CAD圖紙+三維建模+文檔,雕刻,機(jī)電,電機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),cad,圖紙,三維,建模,文檔 淮 陰 工 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： 趙俊 學(xué) 號(hào)： 1081101738 外文出處： IEEE (用外文寫(xiě)) Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation August 9 - 12, Changchun, China 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 年 月 日 簽名： 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。附件1：外文資料翻譯譯文 基于嵌入式 Linux 的數(shù)控雕刻機(jī)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì) 趙軍奇 李輝和龍飛鵬 航天和航空研究所 航天和航空研究所 中國(guó)電子科技大學(xué) 中國(guó)電子科技大學(xué) 610054，中國(guó)四川省成都市 610054，中國(guó)四川省成都市 zhaojunqi@qq.com kelly.li @ 126.com 摘要 - 嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域。隨著嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷提高，嵌入式軟件系統(tǒng)正變得越來(lái)越復(fù)雜。對(duì)與一個(gè)特殊的控制對(duì)象來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)合適的嵌入式軟件架構(gòu)是尤其重要的。同時(shí)，NC（數(shù)控）雕刻機(jī)的各種功能和非功能需求的不斷提高。目前，大多數(shù)的軟件架構(gòu)的數(shù)控雕刻機(jī)即沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持，也無(wú)法滿(mǎn)足這些要求。雖然一些有商業(yè)操作系統(tǒng)的支持的雕刻控制系統(tǒng)，但是它是昂貴的，而且也不利于企業(yè)發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件。為了解決上述問(wèn)題，文件中基于嵌入式Linux和DARTS方法的新軟件架構(gòu)數(shù)控雕刻機(jī)被設(shè)計(jì)出來(lái)。首先是數(shù)據(jù)流圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流分析，然后系統(tǒng)根據(jù)H Gamma原理被劃分成不同的任務(wù)。此外，軟件架構(gòu)被提出，還分析了任務(wù)間的同步和通信性。最后，進(jìn)行了實(shí)時(shí)分析。使用這種軟件架構(gòu)，軟件系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單明了，不同的控制元件，根據(jù)不同的時(shí)間粒度可以無(wú)縫集成。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，它被證明可以實(shí)現(xiàn)低成本的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的各種要求。也大大提高了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。 索引術(shù)語(yǔ)-ARM 嵌入式 Linux 雕刻 FPGA軟件架構(gòu) 一、簡(jiǎn)介 隨著規(guī)模和復(fù)雜性的嵌入式的軟件系統(tǒng)增加，軟件架構(gòu)的重要性已經(jīng)超越算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算。設(shè)計(jì)并指定系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一種新的問(wèn)題 [1]。好的體系結(jié)構(gòu)可以幫助確保系統(tǒng)滿(mǎn)足關(guān)鍵性能的要求同時(shí)，也能滿(mǎn)足可靠性、可移植性、可擴(kuò)展性、領(lǐng)域和互操作性。壞的體系結(jié)構(gòu)可以是災(zāi)難性的。架構(gòu)設(shè)計(jì)是從系統(tǒng)點(diǎn)視圖到整體系統(tǒng)的高層次設(shè)計(jì)。不同專(zhuān)家對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)有他們自己的定義。畢竟，在不同的領(lǐng)域和環(huán)境中它是一個(gè)解決實(shí)際問(wèn)題的工具，因此各類(lèi)建筑模型或定義已發(fā)布。雖然不同的定義有所不同，我們可以看到系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)描述其總的結(jié)構(gòu)的概念的核心之處有很大程度的通用性。這種結(jié)構(gòu)通過(guò)了最高水平設(shè)計(jì)決策，包括諸如系統(tǒng)是由如何相互作用，相互作用的主要途徑在那里，什么是關(guān)鍵性能的部件。關(guān)鍵的一步，建筑設(shè)計(jì)是分到一些管理子系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間的接口設(shè)計(jì)。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)考慮如何滿(mǎn)足系統(tǒng)的功能和性能要求，而且也要滿(mǎn)足無(wú)功能方面的需求，如可靠性，可擴(kuò)展性，可移植性和可用性。也有不統(tǒng)一方法的軟件架構(gòu)，尤其是在嵌入式系統(tǒng)中。 被稱(chēng)為嵌入式Linux標(biāo)準(zhǔn)Linux裁縫通過(guò)小型化處理，并可以存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器或微控制器的容量只有幾百KB或者幾MB。它是一個(gè)特殊的Linux操作系統(tǒng)，適用于特定的嵌入式系統(tǒng)[2]。Linux已經(jīng)成為一個(gè)成熟的，高性能，穩(wěn)定可靠，可替代傳統(tǒng)的專(zhuān)有嵌入式操作系統(tǒng)[3 ]。Linux不僅擁有適應(yīng)性，靈活性和穩(wěn)定性，而且還具有強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能。此外，Linux是一種免費(fèi)軟件開(kāi)放源碼[4] 。 目前，大多數(shù)的數(shù)控軟件架構(gòu)雕刻機(jī)是沒(méi)有操作系統(tǒng)的支持和不能以滿(mǎn)足不同的需求。這些架構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但軟件開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)成本是昂貴的，軟件的質(zhì)量不能保證以及可移植性和可擴(kuò)展較差。雖然一些與商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)如Windows CE的數(shù)控雕刻系統(tǒng)，系統(tǒng)生產(chǎn)成本高，還有昂貴的專(zhuān)利費(fèi)。因此，它不是良好的企業(yè)發(fā)展與獨(dú)立軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)。但是如果一個(gè)嵌入式Linux使用開(kāi)源操作系統(tǒng)，生產(chǎn)成本可以減少因?yàn)闆](méi)有許可費(fèi)是必要的，交叉開(kāi)發(fā)工具鏈，也是免費(fèi)的。此外，有等諸多優(yōu)點(diǎn)，如縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間又因?yàn)殚_(kāi)源設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和可重復(fù)使用應(yīng)用程序，方便的開(kāi)發(fā)環(huán)境配置模塊的功能，文件系統(tǒng)管理和容易解決的問(wèn)題，從開(kāi)源社區(qū)等[5]。在以上的基礎(chǔ)上，企業(yè)可以開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控軟件財(cái)產(chǎn)權(quán)利和其他各項(xiàng)要求，也可以是滿(mǎn)意。嵌入式Linux已成為當(dāng)前在嵌入式系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。 二、硬件模型 模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)的抽象，它可以明確對(duì)現(xiàn)實(shí)的描述。為了獲得雕刻控制系統(tǒng)模型，系統(tǒng)的主要硬件部分抽象為圖1 數(shù)控雕刻控制器的硬件與建筑的ARM和FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）?？刂破鞯闹骺匦酒捎?2位RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）ARM三星公司的微處理器芯片S3C2440的基于ARM920T的結(jié)構(gòu)。 它具有很高的工作效率400MHz和多種通用接口，如綜合，集成USB，UART串口CEMERA，液晶，VGA和以太網(wǎng)控制器等。此外，提供片上存儲(chǔ)器管理單元（MMU），這是用來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存管理，使Linux可以很容易地移植到ARM 。 Alter 公司旋風(fēng) FPGA EPlC6 通過(guò)作為減輕負(fù)擔(dān)的主控芯片的奴隸芯片。NAND Flash 內(nèi)存用于非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。主存儲(chǔ)器是同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (SDRAM) 和可能包含任意位置從幾Mb到數(shù)百兆字節(jié)取決于應(yīng)用程序。主要處理流系統(tǒng)的說(shuō)明如下： 鍵控控制面板信息通過(guò)串行端口發(fā)送到手臂。臂然后過(guò)程和相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)發(fā)送到 FPGA 或顯示面板。FPGA 主要做前端處理工作的傳感器和控制信息 [6]。發(fā)送的 FPGA 的信號(hào)都是轉(zhuǎn)換，并且由適配器孤立面板，然后發(fā)送到的驅(qū)動(dòng)程序，將會(huì)推動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的雕刻機(jī)，以控制切削刀具路徑。若要實(shí)現(xiàn)歸巢的雕刻和工具更改的功能，將通過(guò)適配器泛 FPGA 回飼料的雕刻機(jī)傳感器信號(hào) 總之，建立在嵌入式技術(shù)上的控制器可以減少系統(tǒng)硬件規(guī)模、 促進(jìn)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、 減低成本和提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性能。 三、任務(wù)劃分 數(shù)據(jù)流圖（DFD）是一個(gè)重要的輔助設(shè)計(jì)工具在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，它允許開(kāi)發(fā)人員系統(tǒng)以圖形顯示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流。DFD的描述和分析系統(tǒng)比任何更精確其他神器，特別是嵌入式實(shí)時(shí)建模[7]。最終的數(shù)據(jù)流圖的雕刻機(jī)系統(tǒng)（如圖所示2） 任務(wù)表示順序程序執(zhí)行或在并發(fā)程序的順序部分。每個(gè)任務(wù)一個(gè)順序執(zhí)行的線(xiàn)程處理，因此沒(méi)有并發(fā)允許范圍內(nèi)的任務(wù)。然而，整個(gè)系統(tǒng)并發(fā)是獲得有多個(gè)任務(wù)的執(zhí)行并行。 已經(jīng)DFD的系統(tǒng)分解初步分析。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流顯然是透露，因此，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流之間的功能他們可以能夠識(shí)別方便。下一步是如何識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中的并發(fā)任務(wù)任務(wù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的DFD。在這里，飛鏢（實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法）方法被用來(lái)分解成更小，更易于管理的系統(tǒng)單位與它們之間定義良好的接口。其核心主題是解決構(gòu)建系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)到并發(fā)任務(wù)，并定義它們之間的接口。飛鏢采用了一套任務(wù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，這被稱(chēng)為H Gomma原則確定并發(fā)任務(wù)系統(tǒng)，以及一組確定的指導(dǎo)方針通信和同步接口之間各項(xiàng)任務(wù)。 任務(wù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，是一套啟發(fā)式，并發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中得到的經(jīng)驗(yàn)所得。在確定的任務(wù)主要考慮的是系統(tǒng)內(nèi)的功能的異步性質(zhì)。在H Gomma原則分為三個(gè)單獨(dú)的基于他們協(xié)助在任務(wù)中的使用方式的類(lèi)別構(gòu)建活動(dòng)。首先是事件的依賴(lài)標(biāo)準(zhǔn)。事件依賴(lài)關(guān)系準(zhǔn)則處理任務(wù)時(shí)被激活，包括設(shè)備的I/O依賴(lài)形成的Y，定期事件，控制功能和用戶(hù)界面的依賴(lài)等。第二是任務(wù)凝聚力錫安標(biāo)準(zhǔn)。該的凝聚力錫安標(biāo)準(zhǔn)提供的評(píng)估函數(shù)的異步性質(zhì)的手段，從而為確定是否和/或如何的職能應(yīng)到并發(fā)任務(wù)，其中包括連續(xù)的凝聚力，時(shí)空的凝聚力和功能的凝聚力相結(jié)合的基礎(chǔ)上。第三是任務(wù)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，包括時(shí)間關(guān)鍵和計(jì)算密集型[8]。 要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的系統(tǒng)構(gòu)建到并發(fā)任務(wù)中，構(gòu)建 H Gamma原則弧數(shù)據(jù)流圖中所示的函數(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。基于這些條件，雕刻軟件系統(tǒng)可分為七個(gè)部分的弧，如下所示 （即在圖 2 中的虛線(xiàn)幀）。 （a) 用戶(hù)界面任務(wù)： 要顯示與坐標(biāo)如用戶(hù)交互信息，零件原點(diǎn)和過(guò)程進(jìn)展以及其他狀態(tài)信息等。 (b) 鍵盤(pán)處理任務(wù)： 要從控制面板，如選擇文件、 系統(tǒng)設(shè)置或參數(shù)設(shè)置、 手動(dòng)移動(dòng)等接收控制命令，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。 (c) 文件處理任務(wù)： 從 U 盤(pán)中讀取文件，然后解釋的 G 代碼或 HPGL 代碼處理文件。結(jié)果將存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中。 (d) 數(shù)據(jù)處理任務(wù)： 從緩沖區(qū)讀取的數(shù)據(jù)并處理它通過(guò)控制廠(chǎng)內(nèi) thm，如治療小行塊 (法官大 S) 的加速和減速控制，插值處理。 (e) 中斷服務(wù)任務(wù)： 時(shí)手臂從 FPGA 收到中斷信號(hào)發(fā)送 FPGA 的步進(jìn)電機(jī)控制脈沖。 (f) 擴(kuò)展總結(jié)離子任務(wù)： 實(shí)現(xiàn)一些擴(kuò)展功能。這些功能包括更新程序控制、 遙控電子控制、網(wǎng)絡(luò)管理和工具等，運(yùn)動(dòng)的模擬。 （g）FPGA 處理任務(wù)： 實(shí)施實(shí)時(shí)功能，例如，將控制脈沖發(fā)送到的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行識(shí)別，接收和處理傳感器信號(hào)等。 任務(wù) (a)-(f) 在因?yàn)锳RM中實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的計(jì)算能力。(G) 的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的FPGA 由于其實(shí)時(shí)處理的能力。 四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) A.軟件體系結(jié)構(gòu) 軟件架構(gòu)通常起著關(guān)鍵作用，要求和實(shí)施之間的橋梁?；谇度胧絃inux的數(shù)控雕刻機(jī)控制器的軟件結(jié)構(gòu)如圖3，每個(gè)架構(gòu)的一部分，也被描述如下。 BSP （板級(jí)支持包）是一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)包之間的硬件層和軟件層。它用于彌補(bǔ)硬件的差異，引導(dǎo)操作系統(tǒng)，并提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。這是一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)含的編輯操作系統(tǒng)和硬件之間的接口。 嵌入式Linux內(nèi)核的版本是2.6，許多新的功能已被添加到支持寬嵌入式系統(tǒng)的申請(qǐng)表格離子。它可以定制和移植基于ARM，以滿(mǎn)足我們的特殊要求數(shù)控雕刻系統(tǒng)。同時(shí)，使用嵌入式Linux可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。復(fù)雜申請(qǐng)一些簡(jiǎn)單的任務(wù)，這是程序可分為嵌入式Linux管理。 基于嵌入式Linux內(nèi)核，根文件系統(tǒng)與選定嵌入式圖形用戶(hù)界面(GUI)該系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)管理接口也由嵌入式 Linux 支持。 YAFFS的（另一個(gè)閃存文件系統(tǒng)）是采用根文件系統(tǒng)，這也是一種日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)像JFFS/JFFS2。它是專(zhuān)為NAND Flash和適合大容量存儲(chǔ)設(shè)備。YAFFS的，因此設(shè)計(jì)不僅要適應(yīng)NAND快閃記憶體的功能，但也是為了更好地使用NAND快閃記憶體的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到最佳性能。它使用的日志結(jié)構(gòu)，錯(cuò)誤查修正和技術(shù)，以提高NAND閃存的健壯性。YAFFS的來(lái)臨，使得低成本的NAND閃存芯片的影響伊夫和魯棒性。YAFFS的是高度可移植，可在Linux上運(yùn)行。 Qt/Embedded是著名的商業(yè)嵌入式GUI工具，具有巨大的跨平臺(tái)能力，可以很方便在目前流行的操作系統(tǒng)，如嵌入式Linux的應(yīng)用。闕可以直接與I/O設(shè)備進(jìn)行通信。此外，其面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)架構(gòu)，使得其代碼結(jié)構(gòu)化，重用和運(yùn)行快。闕支持相框緩沖驅(qū)動(dòng)器，可以直接寫(xiě)入幀緩沖不X-服務(wù)器或支持的X庫(kù)。以這種方式，這樣可以節(jié)省內(nèi)存成本和提高應(yīng)用程序的運(yùn)行效率[9]?？紤]優(yōu)點(diǎn)上面提一下，本文采用它作為嵌入式輕量級(jí)的GUI組件庫(kù)的基本構(gòu)造工具面向工業(yè)監(jiān)控。 提到的部分所提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上上面的數(shù)控雕刻（除了在應(yīng)用程序任務(wù)FPGA 處理任務(wù)）的胳膊上的開(kāi)發(fā)。在 FPGA處理任務(wù)將由 FPGA 單獨(dú)開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)工具。 軟件系統(tǒng)是簡(jiǎn)單而明確的分層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免整體系統(tǒng)的太大、太復(fù)雜。此外的優(yōu)勢(shì)分層體系結(jié)構(gòu)：不同控制組件基于不同時(shí)間可以集成粒度無(wú)縫地，同時(shí)它可以輕松同步低級(jí)別的連續(xù)動(dòng)態(tài)之間的協(xié)調(diào)系統(tǒng)和高水平的離散事件系統(tǒng) [10]。 B.任務(wù)界面 FIFO緩沖區(qū)或共享的內(nèi)存可以用來(lái)任務(wù)之間進(jìn)行通信。通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存多個(gè)任務(wù)，訪(fǎng)問(wèn)程序都必須與其他同步數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)。這種紙使用文件處理任務(wù)之間進(jìn)行通信的共享的內(nèi)存和達(dá)達(dá)處理的任務(wù)，并通過(guò)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題解決同步問(wèn)題的算法。文件表示為生產(chǎn)者，而數(shù)據(jù)處理任務(wù)處理任務(wù)被表示為消費(fèi)者。生產(chǎn)商過(guò)程產(chǎn)生數(shù)據(jù)所使用的消費(fèi)者過(guò)程。 允許生產(chǎn)者和消費(fèi)者的進(jìn)程運(yùn)行同時(shí)，我們必須有一個(gè)可用的有界的緩沖區(qū)的可以填充由生產(chǎn)者并清空的項(xiàng)目，消費(fèi)者。此緩沖區(qū)將駐留在內(nèi)存中的一個(gè)區(qū)域，由生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)進(jìn)程共享。生產(chǎn)商可以生成一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，消費(fèi)者會(huì)消耗另一個(gè)項(xiàng)目?？赡軙?huì)導(dǎo)致對(duì)共享數(shù)據(jù)的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)不一致。生產(chǎn)者和消費(fèi)者必須同步，因此，消費(fèi)者不會(huì)嘗試使用項(xiàng)目，但尚未產(chǎn)生。為了解決同步過(guò)程中，將使用信號(hào)量。對(duì)于本項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)信號(hào)量的標(biāo)準(zhǔn)將用于空和完整，而不是二進(jìn)制的信號(hào)量，將使用互斥鎖代表互斥體。生產(chǎn)者和消費(fèi)者的身份運(yùn)行單獨(dú)的線(xiàn)程-將移動(dòng)項(xiàng)目，并從該緩沖區(qū)的與這些空，同步全額、 和互斥體結(jié)構(gòu). 允許生產(chǎn)者和消費(fèi)者的進(jìn)程運(yùn)行同時(shí)，我們必須有一個(gè)可用的有界的緩沖區(qū)的可以填充由生產(chǎn)者并清空的項(xiàng)目，消費(fèi)者。此緩沖區(qū)將駐留在內(nèi)存中的一個(gè)區(qū)域，由生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)進(jìn)程共享。生產(chǎn)商可以生成一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，消費(fèi)者會(huì)消耗另一個(gè)項(xiàng)目。可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)共享數(shù)據(jù)的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)不一致。生產(chǎn)者和消費(fèi)者必須同步，因此，消費(fèi)者不會(huì)嘗試使用項(xiàng)目，但尚未產(chǎn)生[11]。為了解決同步過(guò)程中，將使用信號(hào)量。對(duì)于本項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)信號(hào)量的標(biāo)準(zhǔn)將用于空和完整，而不是二進(jìn)制的信號(hào)量，將使用互斥鎖代表互斥體。生產(chǎn)者和消費(fèi)者的身份運(yùn)行單獨(dú)的線(xiàn)程-將移動(dòng)項(xiàng)目，并從該緩沖區(qū)的與這些空，同步全額、 和互斥體結(jié)構(gòu)。 FIFO，使得模塊內(nèi)的設(shè)計(jì)解耦。FIFO界面很簡(jiǎn)單，減少設(shè)計(jì)時(shí)間。FIFO 很少是瓶頸，以來(lái)的寬度和深度可以調(diào)整和非常適合連接自定義直接向嵌入式處理器，硬件和簡(jiǎn)單一個(gè)短的設(shè)計(jì)周期和小代碼的大小與實(shí)施[12]。 乒乓球操作中引入異步 FIFO 的設(shè)計(jì)，以使 FPGA 和手臂實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的緩沖和高速數(shù)據(jù)處理流，以確保 FPGA 的流水處理。顯示了典型的乒乓球操作方法如圖 5 [13]。 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊1 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊2 輸入的數(shù)據(jù)選擇器單元 2MUX1 輸出的數(shù)據(jù)選擇器單元 2MUX1 數(shù)據(jù)處理模塊 作為后面的 FPGA乒乓球操作的處理流程是： 從ARM的輸入的數(shù)據(jù)首先分配給"數(shù)據(jù)緩沖模塊我"通過(guò)"輸入數(shù)據(jù)選擇器單元"，然后在下一次切換時(shí)，將緩沖輸入的數(shù)據(jù)在"數(shù)據(jù)緩沖模塊 2"。同時(shí)，數(shù)據(jù)緩沖在"數(shù)據(jù)緩沖模塊我"最后一次被發(fā)送到"數(shù)據(jù)處理模塊"處理通過(guò)"輸出數(shù)據(jù)單位"。在第三個(gè)時(shí)，輸入和輸出數(shù)據(jù)交換了又兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊。提到的步驟以上將反復(fù)和重復(fù)。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊在我們的系統(tǒng)是先進(jìn)先出。數(shù)據(jù)選擇器的的開(kāi)關(guān)信號(hào)單位是由 FPGA的發(fā)送中斷信號(hào)，當(dāng)需要在數(shù)據(jù)。這意味著當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖中的兩個(gè)之一已處理的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的模塊，然后將發(fā)送 FPGA ARM 的外部中斷信號(hào)。因此，手臂將發(fā)送數(shù)據(jù)以 FPGA 的中斷服務(wù)程序。FPGA將緩沖區(qū)在此數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊，接收的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，"數(shù)據(jù)處理模塊"仍可處理其他數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊中的數(shù)據(jù)。乒乓球操作促進(jìn)系統(tǒng)的并發(fā)性。 用來(lái)達(dá)到相同的效果，對(duì)于其他任務(wù)的另一種方式是通過(guò)消息隊(duì)列，這是為操作系統(tǒng)提供協(xié)作進(jìn)程手段，彼此溝通，如圖 6 中所示。 消息 消息 發(fā)送消息 接收消息 消息隊(duì)列 消息隊(duì)列提供了一種機(jī)制，允許進(jìn)程溝通和同步他們的行動(dòng)，而不共享相同的地址空間和中尤其有用分布式的環(huán)境中，溝通流程可能駐留在不同的計(jì)算機(jī)上。消息隊(duì)列設(shè)施提供至少兩個(gè)操作，發(fā)送 （消息） 和接收 （消息）。 在 Linux 系統(tǒng)中，函數(shù)用于創(chuàng)建消息隊(duì)列，功能用于發(fā)送使用消息隊(duì)列和 接收的消息） 函數(shù)從消息隊(duì)列中接收消息。當(dāng)任務(wù)發(fā)送消息到消息隊(duì)列，它首先判斷這是否消息隊(duì)列是完全不是。如果隊(duì)列已滿(mǎn)，則任務(wù)會(huì)一直等待，直到其他任務(wù)得到了來(lái)自消息消息隊(duì)列。同樣地，當(dāng)任務(wù)接收從消息消息隊(duì)列，它首先判斷是否該消息隊(duì)列為空。如果消息隊(duì)列為空，則該任務(wù)會(huì)一直等待，直到其他任務(wù)已發(fā)送消息消息隊(duì)列。消息隊(duì)列有五種工作模式，其中分別是一對(duì)一，一到多、 多對(duì)一，很多人為許多和充分的雙面打印?？梢允遣煌墓ぷ髂Ｊ竭x擇了不同的通信要求基于之間的任務(wù)。 五、實(shí)時(shí)分析 任務(wù)可以是作為實(shí)時(shí)任務(wù)分類(lèi)和非實(shí)時(shí)根據(jù)不同的實(shí)時(shí)請(qǐng)求的任務(wù)。雕刻機(jī)有三個(gè)耦合生成 XYZ 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)電機(jī)已接收兩個(gè)控制其驅(qū)動(dòng)程序發(fā)出信號(hào)，其中一個(gè)是脈沖和另一種是方向。它也有三限制傳感器，以確定軸的賽車(chē)終結(jié)點(diǎn)。FPGA 的實(shí)時(shí)任務(wù)，例如，這樣做主要負(fù)責(zé)的是前端處理工作的傳感器和控制信息。所以，我們的系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)任務(wù)是 FPGA 加工(非常高速 vhdl 描述的任務(wù)，綜合的電路硬件描述語(yǔ)言）。FPGA 是直接連接到手臂內(nèi)存總線(xiàn)。"它們之間的通信通過(guò)閱讀來(lái)實(shí)施和書(shū)面運(yùn)輸指令和數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址。"系統(tǒng)為用戶(hù)使用 10 內(nèi)存映射方法操作 FPGA 的空間。除了地址總線(xiàn)、 數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制信號(hào)線(xiàn)，也是一個(gè)外部中斷信號(hào)從 FPGA 相連的手臂。為了得到順利操作和效率，關(guān)鍵的問(wèn)題在于是否 FPGA 可以不斷將控制信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)程序。那就是，無(wú)論是否FPGA 是缺乏控制信號(hào)。如果在這一條件，步進(jìn)電機(jī)將被阻止。要解決這個(gè)問(wèn)題，乒乓球操作被通過(guò) FPGA 來(lái)處理數(shù)據(jù)。所以，之后 FPGA 已經(jīng)處理了其中一個(gè)問(wèn)題被轉(zhuǎn)換為，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊，手臂 ISR 是否可以響應(yīng)正被其它數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊期間中斷信號(hào)處理。 條件進(jìn)行分析可以 FPGA 等多久通過(guò)使用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的 Linux 中斷響應(yīng)延遲在最壞的情況下的模塊。曾經(jīng)的影響因素在我們的系統(tǒng)了。相關(guān)的參數(shù)顯示如下： 雕刻，這表示為 v 的速度單位是米/分鐘 ；FPGA 中的數(shù)據(jù)大小的緩沖區(qū)模塊表示為 n ；步進(jìn)發(fā)送脈沖的頻率電機(jī)被表示為 f，哪一個(gè)單元是 Hz ；脈搏相當(dāng)于表示為 （5 ； FPGA 可以在的時(shí)間至少等待中斷響應(yīng)延遲表示為T(mén)，其單位是它們之間的關(guān)系顯示如下。 v = f ·o (mm / s) = 0.06 · f ·o(m / min) (I) 脈沖當(dāng)量 （在此雕刻機(jī) 5 是0.0025 毫米。 這樣我們能 (3) 繪制表格如圖， 如圖中所示，我們可以知道 FPGA 可以等待ARM 中斷響應(yīng)延遲為 n 的增加較多的時(shí)間。當(dāng)參數(shù) n 固定時(shí)時(shí)間 T 是迅速作為雕刻 v 增加的速度下降。雖然T 的時(shí)間被固定的為了提高雕刻速度，數(shù)據(jù)緩沖區(qū) n 的大小應(yīng)較大。T 的時(shí)間，F(xiàn)PGA 至少可以等待 ARM 中斷響應(yīng)延遲已確認(rèn)時(shí)的最大的雕刻速度 v和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小 n 固定。比較時(shí)間 T 和武裝中斷響應(yīng)延遲，我們可以判斷這是否設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)的需求。 瞄準(zhǔn)問(wèn)題提到前的示例實(shí)時(shí)分析作為波紋管。如果發(fā)送的脈沖頻率步進(jìn)電機(jī)受到限制 100 Hz 40000Hz 之間。，是雕刻的速度是之間，限制0.0 l Sm/min-蒂姆/分鐘。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊的大小設(shè)置為500.然后 FPGA 發(fā)送一個(gè)中斷后武裝時(shí)信號(hào)它已經(jīng)處理了一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊，會(huì)有12.5ms-5000ms （即 I2500μs-5000000μS) 的中斷通過(guò)使用 （3） 都得到的響應(yīng)延遲。然而，在 Linux 中正常中斷響應(yīng)上肢短潛伏期是在 600μS 內(nèi)[14]。 如你所知，這是完全滿(mǎn)意實(shí)時(shí)的要求。當(dāng)然，保留時(shí)間為中斷延遲也可由數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小調(diào)整。在 FPGA 的模塊。顯然，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小是有限的。如果將添加到嵌入式 Linux 實(shí)時(shí)核心大小不再滿(mǎn)足要求的提高雕刻速度。所以在這種情況下 RT-Linux 將會(huì)適用于因?yàn)槠渲袛囗憫?yīng)延遲是僅在數(shù)萬(wàn)內(nèi)單位為微秒。這就是改善雙內(nèi)核方法Linux 的實(shí)時(shí)性能。 六、實(shí)際應(yīng)用 在香港專(zhuān)業(yè)教育學(xué)院，這種軟件體系結(jié)構(gòu)，它實(shí)際上用于雕刻機(jī)控制器。此控件的硬件平臺(tái)原型系統(tǒng)如圖 8所示。 雕刻示例所示右面，這是刻在上面所示的控制器。 七、結(jié)論 在本白皮書(shū)中，擬議的新的軟件體系結(jié)構(gòu)基于數(shù)控雕刻機(jī)控制器嵌入Linux。它方便了應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)、削減降低開(kāi)發(fā)成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期和增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性能。靈活性和適應(yīng)性也是系統(tǒng)的很大的改進(jìn)。這種體系結(jié)構(gòu)的有效已實(shí)際應(yīng)用的確認(rèn)。此外，其他類(lèi)型雕刻機(jī)控制器，如激光雕刻，可以此外將建立很容易，只要相應(yīng)的功能模塊被修改，以適應(yīng)該雕刻的要求。此外可以添加相應(yīng)的功能模塊到使其適用于不同類(lèi)型的雕刻。各項(xiàng)要求如更新遠(yuǎn)程控制方案，控制、 網(wǎng)絡(luò)管理與仿真下一步，將輕松滿(mǎn)意工具的運(yùn)動(dòng)。