基于ARM和FPGA的電腦繡花機控制系統(tǒng)的設計

圖1 繡花機硬件框圖

其中，sdram、軟區(qū)接口、串口接口、lcd接口和usb接口直接由s3c2410處理器提供，這樣可以減少一些外圍電路。斷線檢測、鍵盤和開關量的接口通過外圍電路接入處理器的通用i/o口。fpga通過并口與處理器通訊，并按照控制要求將數(shù)據(jù)轉換成控制流分別對主軸電機、繡框電機和換色電機進行控制。設計時采用topdown的設計方法，首先將fpga需要實現(xiàn)的功能劃分成相對獨立的模塊，然后定義各個模塊的接口和功能。

基于wince軟件系統(tǒng)結構設計

windows ce(wince)是微軟公司開發(fā)的一種嵌入式操作系統(tǒng)(eos)，它包括以下主要模塊：內(nèi)核模塊、內(nèi)核系統(tǒng)接口模塊、允文件系統(tǒng)模塊、圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊和通信模塊等。wince支持多種外設和網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括鍵盤、鼠標、觸模屏、串行口、以太網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、usb設備和存儲設備。wince支持超過1000個常用的microsoft win32api和一些附加的編程接口，可用于開發(fā)應用程序。此外wince支持用于管理時間關鍵任務響應的實時處理；各種串行通信和網(wǎng)絡通信技術，包括支持usb；與其它操作系統(tǒng)比較，wince具有下列優(yōu)越性：

?32位多線程、多任務、完全搶占式的操作系統(tǒng)；
?強大的圖形顯示功能支持，用戶能定制完全自己風格的操作界面；
?支持大部分win32 api，基于其他windows的應用程序能方便地移植到wince上。

所以采用實時操作系統(tǒng)作為軟件的系統(tǒng)結構的基礎是一種縮短開發(fā)周期、簡化開發(fā)難度的有效解決方法。經(jīng)過比較，本設計采用wince嵌入式實時操作系統(tǒng)。具體的軟件模塊劃分如圖2。

圖2 繡花機軟件模塊的劃分

本控制系統(tǒng)中的軟件分為驅動程序、嵌入式操作系統(tǒng)wince和應用程序三個層次。驅動程序將硬件封裝起來，對操作系統(tǒng)和應用程序提供常用的接口支持，使得硬件對于應用程序是透明的。這樣即使在更換了硬件平臺之后，也可以方便的將開發(fā)好的應用程序移植到不同的平臺上。另外，操作系統(tǒng)還提供了許多有用的函數(shù)接口，使得應用程序開發(fā)更方便。應用程序運行在操作系統(tǒng)之上，利用操作系統(tǒng)提供的中斷、同步和定時等機制，實現(xiàn)繡花機的各個功能，如電機控制、數(shù)據(jù)分析、界面顯示、斷線報警等等。

結語

本文采用先進的基于“arm +wince + fpga”平臺的電腦繡花機控制系統(tǒng)，并移植功能強大的嵌入式實時操作系統(tǒng)windows ce構成開發(fā)平臺，提出了一種新的思路，做出了大膽的嘗試，并進行了底層驅動的測試及簡單多任務程序的測試。不論從功能上還是從應用前景上來看，都比目前流行的基于單處理器采用主軸勻速控制模式的平臺系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢。相信隨著工作的進一步深化、進展，定能取得令人滿意的控制效果！為國產(chǎn)繡花機電控系統(tǒng)的性能的提高提供良好的解決方案。