基于I2C和雙ARM的PCB鉆床控制器設計

　　3.軟件設計

　　軟件部分主要由人機交互系統軟件和機床運動(dòng)控制系統軟件組成。人機交互系統軟件結構比較復雜，所以軟件移植了μC/OS－II 操作系統。機床運動(dòng)控制系統軟件結構比較簡(jiǎn)單，但是這部分軟件有很強的實(shí)時(shí)性要求，所以軟件沒(méi)有移植操作系統，而是采用時(shí)間觸發(fā)模式編寫(xiě)。

　　3.1 人機交互系統軟件設計

　　人機交互系統軟件采用分層方式進(jìn)行編寫(xiě)。軟件分為系統層和應用層。系統層設計的主要任務(wù)是首先進(jìn)行嵌入式操作系統μC/OS－II 移植，然后再對操作系統內核進(jìn)行擴展，形成一個(gè)簡(jiǎn)單高效的平臺。應用層設計是在這個(gè)平臺的基礎上實(shí)現加工文件的操作，機床手動(dòng)加工，機床自動(dòng)加工，機床參數設置等任務(wù)。

　　系統層以μC/OS－II 操作系統內核為基礎進(jìn)行移植和擴展。所謂移植，是指通過(guò)編寫(xiě)一定代碼，使得操作系統能夠在特定的處理器平臺上運行。根據μC/OS－II 的說(shuō)明，移植包括對與處理器相關(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 提供的內核基礎上，通過(guò)設計驅動(dòng)程序模塊，系統任務(wù)，操作系統的API 函數和任務(wù)調度模塊等對操作系統內核進(jìn)行擴展。通過(guò)設計實(shí)現LCD，鍵盤(pán)，K9F2808，I2C 總線(xiàn)和串口通信等的接口函數，建立驅動(dòng)程序模塊，使操作系統API 函數和底層硬件分開(kāi)。系統任務(wù)部分設計了LCD 刷新任務(wù)，鍵盤(pán)讀取任務(wù)，I2C 總線(xiàn)讀寫(xiě)任務(wù)這三個(gè)基本任務(wù)，并隨著(zhù)操作系統的啟動(dòng)而運行。

　　應用層在系統層提供的 API 函數的基礎上，設計了主任務(wù)和機床手動(dòng)加工，自動(dòng)加工，文件傳輸，參數設置等任務(wù)。系統的入口函數Main 函數流程如圖2 所示。主任務(wù)函數結構如圖3 所示：

　　3.2.LPC2214 程序設計

　　機床運動(dòng)控制系統控制程序結構比較簡(jiǎn)單，程序模塊間相對獨立，但是實(shí)時(shí)性要求很高。由于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統會(huì )占用一部分系統資源，影響系統的實(shí)時(shí)性，增加系統設計難度，所以，我們沒(méi)有移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，而是使用簡(jiǎn)單時(shí)間調度方式。使用該調度方式可以使程序具有較好的健壯性和穩定性。系統采用定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生系統調度的節拍，利用定時(shí)器中斷程序進(jìn)行調度。系統使用定時(shí)器0 產(chǎn)生系統的節拍，定時(shí)周期為1ms。系統利用PWM控制器的中斷和四個(gè)比較寄存器控制交流伺服系統進(jìn)給脈沖的生成。我們把任務(wù)分成兩類(lèi)：一類(lèi)為周期任務(wù)，另一類(lèi)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)控制塊的數據結構如下：

　　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)再次運行的間隔時(shí)間

　　unsigned int run; //任務(wù)需要運行的次數

　　}task;

　　任務(wù)控制塊包含了任務(wù)被調度的重要信息：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)運行，任務(wù)準備就緒的標志等?？刂葡到y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),主軸電機控制任務(wù)，換刀任務(wù)等。

　　4.結束語(yǔ)

　　在控制器方案考慮和設計中，我們充分考慮了嵌入式系統對功耗，成本和尺寸的敏感性?；贗2C 的雙ARM 結構的鉆床控制器具有性能優(yōu)良，系統集成度高，性能可靠，人機交互友好，可擴展性好的特點(diǎn)，相對于傳統的基于單片機的鉆床控制器在性能上有很大的提高。本設計為嵌入式系統在印刷電路板控制器中的應用提供了新的思路，具有較好的應用價(jià)值。