嵌入式網絡數控技術與系統①

摘 要：隨著經濟的迅速發展以及科學技術水平的不斷提高，我國的數字控制技術取得了較大程度上的進步，為我國國民經濟的發展以及工業水平的提高做出重要貢獻。就數字控制技術的發展歷程來看，它已經經歷了多個階段，主要有分立元件系統階段、專用計算機系統階段以及通用計算機系統階段。單就目前使用較為光廣泛的通用計算機系統而言，它存在著一定程度的弊端，主要表現為系統資源與需求不匹配、操作系統難以與實時控制相適應等。針對這一情況，本文提出了一種嵌入式網絡數字控制技術，并對其進行研究與分析。

關鍵詞：網絡數字控制 嵌入式體系結構 數字信號處理器

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（a）-0009-02

1 嵌入式系統的模型與特點

1.1 嵌入式系統模型

圖1顯示的主要是嵌入式系統的模型結構。

如果從物理層面的角度對其進行一定程度上的分析，可以將嵌入式計算系統理解成一個專用的電子系統，一般情況下，這一專用的電子系統都處于一個非電子系統環境之下，且這一系統環境具有一定的復雜性。至于這兩種系統的關系，可以對其進行一定程度的抽象化處理，即具有復雜性的非電子系統是嵌入式系統的外部環境，我們將其稱為被嵌入的系統。就一般狀況而言，整個系統之中所包含的嵌入式系統為多個，同時，嵌入式系統能夠與外界進行直接的通信。

對于嵌入式系統而言，它能夠提供一個專門的服務給被嵌入系統，這一服務主要表現為兩個方面：一方面，這一服務可以表現為對外界輸入的響應；另一方面，這一服務也可以是對被嵌入系統或者與之相鄰的嵌入式系統數據的響應。就如現代機電控制系統，對于這一系統而言，它是一種分布式的系統，在這種系統環境之下，各個處理單元都是通過網絡進行一定程度上的連接的。圖2顯示的主要是基于網絡的嵌入式系統結構。

1.2 嵌入式系統的可重構功能

對于嵌入式系統而言，其中央處理單元一般都是對精簡指令集計算技術進行一定程度上的采用，通過對專用芯片方法以及微處理機方法進行一定程度上的對比分析，人們更希望探索出一套針對性較強且行之有效的新路線與新方法，使其兼備專用芯片方法以及微處理機方法的優點，即既能夠表現出專用芯片的高性能、高速度以及高可靠性，同時又具備微處理機的強大編成功能。

對于可重構而言，它主要指的是在軟件控制的環境之下，通過對可重用資源進行一定程度上的利用，并由此來對計算平臺進行有效的重構與重組，這樣一來，就能夠對各種不同的需求進行有效的實現。可重用資源在可重構之中有著基礎性的地位與作用，較早的可重構計算系統采用的主要是重組的方式，在這一系統環境之下，重用資源主要擔當的是功能部件的角色；但是，當FPGA出現之后，重用資源的身份發生了一定程度上的改變，重用資源由原先的功能部件變成最為基本的門和線，通過對文件進行一定程度上的配置，就可以對每個門的性質以及線的連接進行有效的定義，由此來實現對于硬件功能的改變。從廣義的范圍來看，這種功能包含了硬件軟件的可重構。而對于嵌入式系統而言，它具有可重構功能，除此之外，其硬軟件又具有一定程度的可剪裁特點，這樣一來，就為網絡數字控制技術與系統的設計與實現提供了便利。

2 嵌入式新型網絡數控系統體系結構

2.1 硬件體系結構

圖3顯示的主要是嵌入式新型網絡數控系統的硬件結構。

從圖3中，我們可以發現它主要包含了如下模塊。

（1）顯示及輸入裝置：通過對顯示及輸入裝置進行一定程度上的使用，能夠對現場人機交互、輸入操作命令、手搖脈沖輸入、加工狀態顯示等功能進行有效的實現。

（2）嵌入式數控單元：嵌入式數控單元在整個數控系統之中有著十分重要的地位與作用，因為它是整個數控系統的中央控制單元，能夠對如下功能進行有效實現：顯示裝置與輸入裝置的連接、完成人機交互、編輯并獲取相關的加工代碼等。

（3）嵌入式PLC：這一部分的主要作用是對數控系統的邏輯控制進行有效實現。這一模塊通過異步串行總線與中央數控單元進行一定程度上的連接，并對MODBUS協議進行運用，并由此來接受控制命令。

（4）以太網。對于以太網而言，它在系統之中的主要作用是對同車間網、企業網乃至是互聯網進行有效連接。通過對以太網接口進行一定程度上的使用，可以進行加工程序的傳送、遠程操作、狀態監控和故障診斷等。

2.2 軟件體系結構

嵌入式網絡數控系統的軟件體系結構見圖4所示。

（1）組態軟件模塊：只所以要對這一模塊進行一定程度上的設計，主要是為了滿足一些特定的功能。在這設計的過程之中，對標準接口以及約束開發的通用性設計進行了參考。主要包含如下幾個模塊：加工代碼編譯模塊、插補計算模塊、人/機交互模塊、運動控制模塊等。

（2）輔助設計系統：對于輔助設計系統而言，其主要作用是數控單元、PLC單元和伺服控制單元軟件、代碼的輔助開發以及代碼的自動生成。

（3）控制仿真系統：控制仿真系統能夠提供一個仿真環境，即通過將嵌入式硬件嵌入到軟件仿真環境或軟、硬件仿真混合環境進行一定程度上的仿真。

參考文獻

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