基于ARM和FPGA的電腦繡花機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖1 繡花機(jī)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(cè)、鍵盤和開關(guān)量的接口通過(guò)外圍電路接入處理器的通用i/o口。fpga通過(guò)并口與處理器通訊，并按照控制要求將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成控制流分別對(duì)主軸電機(jī)、繡框電機(jī)和換色電機(jī)進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)時(shí)采用topdown的設(shè)計(jì)方法，首先將fpga需要實(shí)現(xiàn)的功能劃分成相對(duì)獨(dú)立的模塊，然后定義各個(gè)模塊的接口和功能。

基于wince軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(shè)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括鍵盤、鼠標(biāo)、觸模屏、串行口、以太網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、usb設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備。wince支持超過(guò)1000個(gè)常用的microsoft win32api和一些附加的編程接口，可用于開發(fā)應(yīng)用程序。此外wince支持用于管理時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)響應(yīng)的實(shí)時(shí)處理；各種串行通信和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，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(wù)、完全搶占式的操作系統(tǒng)；
?強(qiáng)大的圖形顯示功能支持，用戶能定制完全自己風(fēng)格的操作界面；
?支持大部分win32 api，基于其他windows的應(yīng)用程序能方便地移植到wince上。

所以采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是一種縮短開發(fā)周期、簡(jiǎn)化開發(fā)難度的有效解決方法。經(jīng)過(guò)比較，本設(shè)計(jì)采用wince嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。具體的軟件模塊劃分如圖2。

圖2 繡花機(jī)軟件模塊的劃分

本控制系統(tǒng)中的軟件分為驅(qū)動(dòng)程序、嵌入式操作系統(tǒng)wince和應(yīng)用程序三個(gè)層次。驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒂布庋b起來(lái)，對(duì)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序提供常用的接口支持，使得硬件對(duì)于應(yīng)用程序是透明的。這樣即使在更換了硬件平臺(tái)之后，也可以方便的將開發(fā)好的應(yīng)用程序移植到不同的平臺(tái)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(yīng)用程序開發(fā)更方便。應(yīng)用程序運(yùn)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(shí)等機(jī)制，實(shí)現(xiàn)繡花機(jī)的各個(gè)功能，如電機(jī)控制、數(shù)據(jù)分析、界面顯示、斷線報(bào)警等等。

結(jié)語(yǔ)

本文采用先進(jìn)的基于“arm +wince + fpga”平臺(tái)的電腦繡花機(jī)控制系統(tǒng)，并移植功能強(qiáng)大的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)windows ce構(gòu)成開發(fā)平臺(tái)，提出了一種新的思路，做出了大膽的嘗試，并進(jìn)行了底層驅(qū)動(dòng)的測(cè)試及簡(jiǎn)單多任務(wù)程序的測(cè)試。不論從功能上還是從應(yīng)用前景上來(lái)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(tái)系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。相信隨著工作的進(jìn)一步深化、進(jìn)展，定能取得令人滿意的控制效果！為國(guó)產(chǎn)繡花機(jī)電控系統(tǒng)的性能的提高提供良好的解決方案。