一种基于DSP/BIOS的运动控制系统 |
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| 申请号 | CN201610449497.4 | 申请日 | 2016-06-21 | 公开(公告)号 | CN107526336A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 李福霞; | 发明人 | 李福霞; | ||||
| 摘要 | 一种基于DSP/BIOS的运动控制系统，由上位机( 嵌入式计算 机)和运动 控制器 构成。该控制系统使用BI0S的基于优先级的多线程机制，把程序根据不同的要求很好的分成不同的功能模 块 ，从而可以更好地把DSP的资源放在运动 算法 的实现上面，提高了程序的执行效率；而且使用BIOS系统的配置文件和其本身自带的分析工具，使程序结构分配合理，使得调试、 修改 程序非常方便，方便了程序的开发。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于DSP/BIOS的运动控制系统，其特征是：所述运动控制系统硬件由上位机(嵌入式计算机)和运动控制器构成，嵌入式计算机基本替代了普通台式机应用于运动控制系统，它是一个精简的计算机系统，具有CTR、LCD显示屏接口、USB口、PS/2口、串口、PC/104总线等，有利于提高数控系统硬件平台的稳定性和降低系统的成本。 |
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| 说明书全文 | 一种基于DSP/BIOS的运动控制系统所属技术领域 [0001] 本发明涉及一种基于DSP/BIOS的运动控制系统，适用于机械领域。 背景技术[0002] 数字信号处理器(Digital signal Processor)运算能力可完成运动控制器中大量的强实时性任务，满足运动控制系统高精度、高速度控制的要求。在当前大部分运动控制系统中，DSP只执行单个任务，任务调度由上位机实现，主要应用于对精度和速度要求不高的伺服运动平台。但这种方案存在的缺点是：上位机的非实时操作系统保证对消息的快速响应，难以满足运动控制系统的强实时性要求。 [0003] 为了充分发挥DSP的性能优势，需要一个实时操作系统来对DSP的硬件资源管理和任务调度。相对于移植到DSP平台的UC/OS-Ⅱ等嵌入式实时操作系统，TI公司提供的DSP/B10S操作系统具有优化性能好，存储开销小，驱动开发方便，体系结构可精简等优点。 发明内容[0004] 本发明提出了一种基于DSP/BIOS的运动控制系统，使用BI0S的基于优先级的多线程机制，把程序根据不同的要求很好的分成不同的功能模块，从而可以更好地把DSP的资源放在运动算法的实现上面，提高了程序的执行效率；而且使用BIOS系统的配置文件和其本身自带的分析工具，使程序结构分配合理，使得调试、修改程序非常方便，方便了程序的开发。 [0005] 本发明所采用的技术方案是：所述运动控制系统硬件由上位机(嵌入式计算机)和运动控制器构成。嵌入式计算机基本替代了普通台式机应用于运动控制系统，它是一个精简的计算机系统，具有CTR、LCD显示屏接口、USB口、PS/2口、串口、PC/104总线等，有利于提高数控系统硬件平台的稳定性和降低系统的成本。运动控制器由DSP+FPGA两部份构成，DSP具有哈佛结构、流水线指令和独立乘法器等特点，它能实时地执行多轴机床控制系统的轨迹插补、加减速控制以及刀具精确定位等强实时性任务。TMS320C6711是美国德州仪器公司高性能、超长指令字(VLlW)结构的浮点数字信号处理器，在150MHz的主频下，它的浮点运算处理能力达9亿次/s，适合用于高速、高精度机床的实时控制。 [0006] 所述TMS320C67l1通过硬件自带的主机通讯接口(HostPort Interce，HPI)和嵌入式计算机的PCI04总线相接，接收上位机的任务消息并返还电机轴的运动状态。在DSP中的运动控制程序，负责实现包括轨迹插补，运动控制，以及不同任务之间的调配；而FPGA接收运动信息并发送脉冲给伺服驱动器控制电机的运动，并返还电机状态到DSP。 [0007] 所述CCS(Code Composer Studio)是TI开发的一个完整的DSP集成开发环境，也是目前使用最广泛的DSP开发软件之一。在CCS中，不仅集成了常规的开发工具，如源程序编辑器、代码生成工具及调试环境，还提供了DSP/BIOS开发工具。传统的CCS程序开发是使用汇编语言和C语言编写DSP应用程序。需要开发者自己用编程代码完成整个程序的任务调度，以及与所用硬件相关的接口函数，增加了应用程序的开发难度，延长了系统的开发时间。 [0008] 所述程序功能模块的整个应用程序根据功能及执行顺序可以分为3个模块，分别是消息通信模块、任务管理模块、运动算法实现模块。运动控制器和上位机以及FPGA的消息传递由消息通信模块完成。在DSP上开辟专门的地址空间来存放上位机和FPG传递过来的消息，在程序内判断识别这些消息，把它们转换成不同的运动任务。上位机传递的消息存储在DSP内部的主机-DSP和DSP-主机两个消息缓冲区内。DSP接收到的消息转化成相应的运动任务，设置好任务的优先级、参数，创建动态的TSK任务线程，设置不同优先级的线程之间切换，是由任务管理模块实现。模块中的任务通过在程序中调用API来触发任务对应的函数执行。 [0009] 本发明的有益效果是：该控制系统使用BI0S的基于优先级的多线程机制，把程序根据不同的要求很好的分成不同的功能模块，从而可以更好地把DSP的资源放在运动算法的实现上面，提高了程序的执行效率；而且使用BIOS系统的配置文件和其本身自带的分析工具，使程序结构分配合理，使得调试、修改程序非常方便，方便了程序的开发。附图说明 [0010] 图1是本发明的DSP运动控制系统结构示意图。 具体实施方式[0011] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0012] 如图1，运动控制系统硬件由上位机(嵌入式计算机)和运动控制器构成。嵌入式计算机基本替代了普通台式机应用于运动控制系统，它是一个精简的计算机系统，具有CTR、LCD显示屏接口、USB口、PS/2口、串口、PC/104总线等，有利于提高数控系统硬件平台的稳定性和降低系统的成本。运动控制器由DSP+FPGA两部份构成，DSP具有哈佛结构、流水线指令和独立乘法器等特点，它能实时地执行多轴机床控制系统的轨迹插补、加减速控制以及刀具精确定位等强实时性任务。TMS320C6711是美国德州仪器公司高性能、超长指令字(VLlW)结构的浮点数字信号处理器，在150MHz的主频下，它的浮点运算处理能力达9亿次/s，适合用于高速、高精度机床的实时控制。 [0013] TMS320C67l1通过硬件自带的主机通讯接口(HostPort Interce，HPI)和嵌入式计算机的PCI04总线相接，接收上位机的任务消息并返还电机轴的运动状态。在DsP中的运动控制程序，负责实现包括轨迹插补，运动控制，以及不同任务之间的调配；而FPGA接收运动信息并发送脉冲给伺服驱动器控制电机的运动，并返还电机状态到DSP。 [0014] CCS(Code Composer Studio)是TI开发的一个完整的DSP集成开发环境，也是目前使用最广泛的DSP开发软件之一。在CCS中，不仅集成了常规的开发工具，如源程序编辑器、代码生成工具及调试环境，还提供了DSP/BIOS开发工具。传统的CCS程序开发是使用汇编语言和C语言编写DSP应用程序。需要开发者自己用编程代码完成整个程序的任务调度，以及与所用硬件相关的接口函数，增加了应用程序的开发难度，延长了系统的开发时间。 [0015] 程序功能模块的整个应用程序根据功能及执行顺序可以分为3个模块，分别是消息通信模块、任务管理模块、运动算法实现模块。运动控制器和上位机以及FPGA的消息传递由消息通信模块完成。在DSP上开辟专门的地址空间来存放上位机和FPG传递过来的消息，在程序内判断识别这些消息，把它们转换成不同的运动任务。上位机传递的消息存储在DSP内部的主机-DSP和DSP-主机两个消息缓冲区内。DSP接收到的消息转化成相应的运动任务，设置好任务的优先级、参数，创建动态的TSK任务线程，设置不同优先级的线程之间切换，是由任务管理模块实现。模块中的任务通过在程序中调用API来触发任务对应的函数执行。 |
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