基于文本指令的嵌入式运动控制器
摘要
运动控制器是通过对由电机驱动的执行机构等设备进行运动控制，以实现预定运动轨迹目标的装置。随着运动控制技术的不断发展，采用运动控制器为核心部件的数控系统将成为新一代数控技术的发展趋势。本文所研究的运动控制器，是一种依靠通用计算机外部接口与上位机进行通讯，并且通过接收文本格式的运动控制指令进行工作的一种新型嵌入式运动控制器。它不仅操作简便，控制效果好，而且能与多种类型的计算机系统进行集成，构造出适用于不同应用场合的运动控制系统。
本文的研究重点是：1、操作系统在运动控制器硬件平台上的移植；2、运动控制指令的设计；3、实时多任务环境下的运动控制器软件设计。全文共分为七章：
第一章，绪论。介绍了运动控制器和嵌入式系统的概况，分析了国内外研究现状，提出了本课题的研究意义和研究内容。
第二章，嵌入式运动控制器总体设计。根据系统需求分析进行了硬件和操作系统选型，并提出了运动控制器的软件总体结构框架。
第三章，μC／OS-Ⅱ在嵌入式运动控制器上的移植。介绍了目标系统S3C44BOX的寄存器组织和异常处理流程，并详细分析了操作系统μC／OS-Ⅱ的移植过程。
第四章，运动控制芯片PCL6045功能分析。介绍了运动控制芯片PCL6045的读写操作方法、运动模式和速度样式。
第五章，嵌入式运动控制器软件设计与实现。首先介绍了运动控制指令的设计思想，然后对通讯接口、指令解释、指令队列管理、指令执行和状态显示等各软件功能模块作了逐一分析，最后还给出了在实时操作系统下的多任务程序设计方法。
第六章，嵌入式运动控制器的测试。介绍了测试方法以及测试计划，并通过两个运动控制程序展示了运动控制器所具备的功能。
第七章，总结与展望。总结了本文所获得的研究成果，并对今后的研究工作做了展望。
Motion controller is the equipment that control the motor driven machine to implement the expectant motion locus. With the development of motion control technology, more and more Numerical Control System use motion controller as core component. The main research theme of this dissertation is a new style Motion Controller that communicate with upper computer by universal computer port and work base on receiving motion control instruction in text format. It has the advantage of easy usage and good control quality. Besides, it can be connected to different types of computer system to build the proper motion co ntrol system for each application.
The main contents of this dissertation are porting operating system to the hardware platform, motion control instruction design, and the software implementation under real-time multitask environment.
Chapter 1, introduction. Introduce the general concept of motion controller and embedded system, summarize the development status, point out the signification of the research.
Chapter 2, the overall design of motion controller. Choose the proper hardware platform and operating system base on system requirement, design the software framework.
Chapter 3, Porting μC/OS-II. Introduce the registers and exceptions handling of S3C44B0X, describe the porting process of uC/OS-II.
Chapter 4, the operation method of PCL6045. Introduce the read/write operation, motion modes, and speed patterns of motion control ASIC PCL6045.
Chapter 5, the software implementation of motion controller. Introduce the design of motion control instruction, describe all the modules include communication interface, interpretation of instructions, instruction queue, execution of instructions and status display.
Chapter 6, the test of motion controller. Introduce the test method and test scheme of motion controller, give two example of motion control program to show the functions of motion controller.
Chapter 7, summarize and expectation. Summarize the achievement of this dissertation, and point out the expectation of future research.
本文的研究重点是：1、操作系统在运动控制器硬件平台上的移植；2、运动控制指令的设计；3、实时多任务环境下的运动控制器软件设计。全文共分为七章：
第一章，绪论。介绍了运动控制器和嵌入式系统的概况，分析了国内外研究现状，提出了本课题的研究意义和研究内容。
第二章，嵌入式运动控制器总体设计。根据系统需求分析进行了硬件和操作系统选型，并提出了运动控制器的软件总体结构框架。
第三章，μC／OS-Ⅱ在嵌入式运动控制器上的移植。介绍了目标系统S3C44BOX的寄存器组织和异常处理流程，并详细分析了操作系统μC／OS-Ⅱ的移植过程。
第四章，运动控制芯片PCL6045功能分析。介绍了运动控制芯片PCL6045的读写操作方法、运动模式和速度样式。
第五章，嵌入式运动控制器软件设计与实现。首先介绍了运动控制指令的设计思想，然后对通讯接口、指令解释、指令队列管理、指令执行和状态显示等各软件功能模块作了逐一分析，最后还给出了在实时操作系统下的多任务程序设计方法。
第六章，嵌入式运动控制器的测试。介绍了测试方法以及测试计划，并通过两个运动控制程序展示了运动控制器所具备的功能。
第七章，总结与展望。总结了本文所获得的研究成果，并对今后的研究工作做了展望。
Motion controller is the equipment that control the motor driven machine to implement the expectant motion locus. With the development of motion control technology, more and more Numerical Control System use motion controller as core component. The main research theme of this dissertation is a new style Motion Controller that communicate with upper computer by universal computer port and work base on receiving motion control instruction in text format. It has the advantage of easy usage and good control quality. Besides, it can be connected to different types of computer system to build the proper motion co ntrol system for each application.
The main contents of this dissertation are porting operating system to the hardware platform, motion control instruction design, and the software implementation under real-time multitask environment.
Chapter 1, introduction. Introduce the general concept of motion controller and embedded system, summarize the development status, point out the signification of the research.
Chapter 2, the overall design of motion controller. Choose the proper hardware platform and operating system base on system requirement, design the software framework.
Chapter 3, Porting μC/OS-II. Introduce the registers and exceptions handling of S3C44B0X, describe the porting process of uC/OS-II.
Chapter 4, the operation method of PCL6045. Introduce the read/write operation, motion modes, and speed patterns of motion control ASIC PCL6045.
Chapter 5, the software implementation of motion controller. Introduce the design of motion control instruction, describe all the modules include communication interface, interpretation of instructions, instruction queue, execution of instructions and status display.
Chapter 6, the test of motion controller. Introduce the test method and test scheme of motion controller, give two example of motion control program to show the functions of motion controller.
Chapter 7, summarize and expectation. Summarize the achievement of this dissertation, and point out the expectation of future research.
引文
[1] 张宏枫．开放式数控系统运动控制器的研究[D]．杭州：浙江大学，2001：16-20．
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[4] 程文锋．基于DSP运动控制器的开放式数控系统的研制[D]．杭州：杭州电子工业学院，2003：19-21．
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