基于I2C和雙ARM的PCB鉆床控制器設(shè)計(jì)

　　3.軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分主要由人機(jī)交互系統(tǒng)軟件和機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件組成。人機(jī)交互系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以軟件移植了μC/OS－II 操作系統(tǒng)。機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是這部分軟件有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求，所以軟件沒(méi)有移植操作系統(tǒng)，而是采用時(shí)間觸發(fā)模式編寫。

　　3.1 人機(jī)交互系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　人機(jī)交互系統(tǒng)軟件采用分層方式進(jìn)行編寫。軟件分為系統(tǒng)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)層設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是首先進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS－II 移植，然后再對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行擴(kuò)展，形成一個(gè)簡(jiǎn)單高效的平臺(tái)。應(yīng)用層設(shè)計(jì)是在這個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)加工文件的操作，機(jī)床手動(dòng)加工，機(jī)床自動(dòng)加工，機(jī)床參數(shù)設(shè)置等任務(wù)。

　　系統(tǒng)層以μC/OS－II 操作系統(tǒng)內(nèi)核為基礎(chǔ)進(jìn)行移植和擴(kuò)展。所謂移植，是指通過(guò)編寫一定代碼，使得操作系統(tǒng)能夠在特定的處理器平臺(tái)上運(yùn)行。根據(jù)μC/OS－II 的說(shuō)明，移植包括對(duì)與處理器相關(guān)的OS_CPU.H,OS_CPU_A..ASM,OS_CPU_C.C 三個(gè)文件中的代碼進(jìn)行移植[4]。在μC/OS－II 提供的內(nèi)核基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序模塊，系統(tǒng)任務(wù)，操作系統(tǒng)的API 函數(shù)和任務(wù)調(diào)度模塊等對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行擴(kuò)展。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)LCD，鍵盤，K9F2808，I2C 總線和串口通信等的接口函數(shù)，建立驅(qū)動(dòng)程序模塊，使操作系統(tǒng)API 函數(shù)和底層硬件分開(kāi)。系統(tǒng)任務(wù)部分設(shè)計(jì)了LCD 刷新任務(wù)，鍵盤讀取任務(wù)，I2C 總線讀寫任務(wù)這三個(gè)基本任務(wù)，并隨著操作系統(tǒng)的啟動(dòng)而運(yùn)行。

　　應(yīng)用層在系統(tǒng)層提供的 API 函數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了主任務(wù)和機(jī)床手動(dòng)加工，自動(dòng)加工，文件傳輸，參數(shù)設(shè)置等任務(wù)。系統(tǒng)的入口函數(shù)Main 函數(shù)流程如圖2 所示。主任務(wù)函數(shù)結(jié)構(gòu)如圖3 所示：

　　3.2.LPC2214 程序設(shè)計(jì)

　　機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制程序結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，程序模塊間相對(duì)獨(dú)立，但是實(shí)時(shí)性要求很高。由于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)占用一部分系統(tǒng)資源，影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，所以，我們沒(méi)有移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，而是使用簡(jiǎn)單時(shí)間調(diào)度方式。使用該調(diào)度方式可以使程序具有較好的健壯性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)采用定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)度的節(jié)拍，利用定時(shí)器中斷程序進(jìn)行調(diào)度。系統(tǒng)使用定時(shí)器0 產(chǎn)生系統(tǒng)的節(jié)拍，定時(shí)周期為1ms。系統(tǒng)利用PWM控制器的中斷和四個(gè)比較寄存器控制交流伺服系統(tǒng)進(jìn)給脈沖的生成。我們把任務(wù)分成兩類：一類為周期任務(wù)，另一類為非周期任務(wù)。每一個(gè)任務(wù)都有一個(gè)任務(wù)控制塊，任務(wù)控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

　　typedef data struct

　　{void (*P_task)(void); //指向任務(wù)的指針

　　unsigned int Delay; //延時(shí)時(shí)間

　　unsigned int Period; //任務(wù)再次運(yùn)行的間隔時(shí)間

　　unsigned int run; //任務(wù)需要運(yùn)行的次數(shù)

　　}task;

　　任務(wù)控制塊包含了任務(wù)被調(diào)度的重要信息：任務(wù)是周期任務(wù)還是非周期任務(wù)，以及任務(wù)在何時(shí)運(yùn)行，任務(wù)準(zhǔn)備就緒的標(biāo)志等。控制系統(tǒng)的主要任務(wù)有：X 進(jìn)給軸脈沖發(fā)送任務(wù)，Y 進(jìn)給軸控制任務(wù)，Z1 進(jìn)給軸控制任務(wù)，Z2 進(jìn)給軸控制任務(wù),主軸電機(jī)控制任務(wù)，換刀任務(wù)等。

　　4.結(jié)束語(yǔ)

　　在控制器方案考慮和設(shè)計(jì)中，我們充分考慮了嵌入式系統(tǒng)對(duì)功耗，成本和尺寸的敏感性?；贗2C 的雙ARM 結(jié)構(gòu)的鉆床控制器具有性能優(yōu)良，系統(tǒng)集成度高，性能可靠，人機(jī)交互友好，可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的鉆床控制器在性能上有很大的提高。本設(shè)計(jì)為嵌入式系統(tǒng)在印刷電路板控制器中的應(yīng)用提供了新的思路，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。