双处理器运动控制卡制造技术

本新型涉及一种运动控制卡，具体是双处理器运动控制卡，包括第一微处理器模块、与第一微处理器模块相接的第一存储器模块，以及Ｉ／Ｏ接口模块，还包括第二微处理器模块，其上接有第二存储器模块，该处理器模块与网络接口相接，两个微处理器模块之间通过现场可编程门阵列模块连接。与现技术相比，本新型采用双处理器结构，在实现运动控制系统高速高精度加工时位移指令的精确性、实时性、稳定性和可靠性的前提下，还可以在加工过程中并行和外部网络进行数据交换，同时系统具备良好的人机交互界面，在特定的显示屏上显示加工状态的复杂信息，并及时响应和显示键盘按键的输入信息；可对多台数控加工设备组网，以便集中监控和管理。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种运动控制卡，尤其涉及一种用于控制步进和伺服电机、内含复杂嵌入式软件的双处理器运动控制卡。
技术介绍
大型数控加工机床设备、大型切割机等大都配套专业的运动控制系统(集成电路 及相应软件)，带画面显示和按键输入的人机交互面板。目前市场上主流的国内外厂商提 供的数控系统软件大都建立在X86 CPU+windows类操作系统(比如Wince操作系统)平台 上，大都是选用intel X86处理器的工控机平台，并把图像处理和运动控制融合在同一软件 内。 目前已有部分厂商把运动控制的全部或部分功能挪到运动控制卡内的嵌入式软 件上，提高了运动控制的实时性和可靠性。但是这些厂商的运动控制卡硬件都是由单处理 器(比如C51、 ARM或者DSP)组成，为了保证加工的精度和加工的效果，在加工的过程中必 须专心做加工轨迹计算和发送位移指令，处理器不能响应键盘输入、不能向显示器的图形 缓冲区写入数据，更不能接收和解释网络中送来的各种数据包。 由于现有数控加工设备的运动控制系统普遍采用单处理器结构，难以组网、集中 管理，即使组网也难以在网络通信的同时并行执行加工过程控制，以保证高速数控加工的 精确性和可靠性；另外，要使运动控制系统具有友好、精美、交互功能强大的人机界面，比如 类windows的界面风格和消息事件的快速响应，就需要快速处理大量内外数据以实现复杂 画面的显示和刷新，这样就难以避免地造成对实时加工的过程控制的影响.
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种可以使数控 加工设备的实时轨迹运动控制和网络通信、人机界面任务并发运行、互不影响的双处理器 运动控制卡。为达到上述目的，本技术采用以下技术方案 双处理器运动控制卡，包括第一微处理器模块、与第一微处理器模块相接的第一 存储器模块，以及1/0接口模块，与现有技术不同的是还包括第二微处理器模块，其上接 有第二存储器模块，该处理器模块与网络接口相接，两个微处理器模块之间通过现场可编 程门阵列模块连接。 本新型采用双处理器结构，使得第一微处理器模块可专门负责实时加工过程控 制，主要是完成复杂加工轨迹的计算、实时向加工设备的机械执行结构发送指令、紧急故障 处理等任务；对于与控制卡连接的人机界面或上位机传来的待加工图形数据和加工指令则 由第二微处理器模块负责接收与存储，而不必由第一微处理器模块停止正在进行的任务来 响应，在第二微处理器模块接收了图形数据及加工指令后可等到第一微处理器模块没有任 务执行时再通过现场可编程门阵列模块传送给第一微处理器模块，完成数据在控制卡内部3的自动切换。这样可以避免第一微处理器模块突然中止任务的执行，或由于必须要接收图 形数据及加工指令而使计算或实时控制延迟而给加工精度造成的影响；在保证运动控制系 统高速高精度加工时位移和其他控制加工设备的指令的精确性、实时性、稳定性和可靠性 的同时，还可以在加工过程中并行和外部网络进行数据交换，两者互不影响，且第二微处理 器模块还承担人机界面任务，控制卡自身的人机界面可以快速显示、刷新与用户交互的视 窗风格的复杂画面和及时响应触摸屏、按键输入信息。 所述第一微处理器模块为浮点数字信号处理器，因而可以胜任定点数字信号处理 器难以胜任的复杂加工轨迹的高速高精度计算。 所述第二微处理器模块为ARM9架构处理器，该处理器具有匪U模块，指令执行周 期很快，所以支持Li皿x操作系统的运行，利用li皿x操作系统对图形界面GUI的良好支 持，可使本系统实现比较消耗处理器资源和储存资源的带消息机制的视窗风格的直观人机 界面。此外，li皿x操作系统强大的网络通信功能以及进程调度的分时机制，非常适合承担 本运动控制卡外围实时性要求不强的任务。所述第一存储器模块包括同步动态随机存取存储器和N0R FLASH。 所述第二存储器模块包括同步动态随机存取存储器和NAND FLASH。 所述I/O接口模块与现场可编程门阵列模块连接。 所述现场可编程门阵列模块上还接有数字模拟转换模块。 本新型运动控制卡与人机界面、上位机及数控加工设备组成系统时，由第二微处 理器模块响应和显示从人机界面或网络内的上位机传来的输入信息和指令，并按要求把上 位机监控的加工设备的运行状态信息及时反馈给上位机；第一微处理器模块专门负责实时 加工过程控制，在第一微处理器模块没有执行任务时，第二处理器模块再将所接收的数据 流通过现场可编程门阵列模块转发给第一处理器模块，第一处理器模块经过计算和分析后 通过1/0接口模块或数字模拟转换模块将信号传送至数控加工设备进行具体的操作。 与现技术相比，本技术双处理器运动控制卡的优点在于 1、由于采用ARM9+浮点数字信号处理器双处理器结构，本新型在实现运动控制系统高速高精度加工时位移指令的精确性、实时性、稳定性和可靠性的前提下，还可以在加工过程中并行和外部网络进行大容量、高带宽数据交换，同时系统具备良好的、带消息机制的视窗风格因而易于操作的人机交互界面，在特定的显示屏上显示加工状态的复杂信息，并及时响应和显示键盘按键的输入信息，使运动控制系统的加工速度、精确度、可靠性、稳定性、直观良好的人机界面、易操作性、网络通信能力这些指标同时得到满足。 2、可对多台数控加工设备组网，以便集中、及时监控和管理。附图说明图1为本新型提供的双处理器运动控制卡的硬件电路结构示意图。具体实施方式如图1所示，本技术双处理器运动控制卡包括第一微处理器模块、第二微处 理器模块、现场可编程门阵列模块(FPGA)以及I/0接口模块，第一微处理器模块与第二微 处理器模块之间通过FPGA模块连接，其中 第一微处理器模块为浮点DSP处理器，在处理器上对接同步动态随机存取存储器 (SDRAM)及大容量存储器NOR FLASH,该微处理器完成加工轨迹的高速高精度计算和实时控 制，上述DSP处理器具体选用TI公司的TMS320C6726芯片，此芯片浮点计算能力强； 第二微处理器模块为ARM 9架构处理器，片内外设模块丰富，并支持多种高级操 作系统(比如Li皿x， WinCE)等运行；该处理器与网络接口相接，在处理器上对接有同步 动态随机存取存储器(SDRAM)及大容量存储器NAND FLASH,该微处理器承担运动控制卡 与外部网络的数据通信以及人机交互界面任务，上述ARM 9处理器具体选用ATMEL公司的 AT91SAM9260芯片；AT91SAM9260芯片上移植嵌入式li皿x系统，ARM9的应用软件运行在 li皿x系统上，利用li皿x操作系统强大的网络通信功能(比如完善高效的TCP/IP网络协 议栈)以及对图形界面GUI的良好支持，承担运动控制卡外围实时性要求不强的任务。 FPGA模块选用Lattice公司的LFXP2_5Q208，内配数据缓存，完成DSP和ARM 9两 处理器间的双向数据桥接；FPGA还连接数字模拟转换模块(多路16位数模转换芯片)； 所述的I/O接口模块可以与FPGA模块连接也可以与第一微处理器模块连接，在本 实施方式中考虑到第一微处理器模块(浮点DSP处理器)上的通用IO引脚数目较少，以及 为了保证加工轨迹的实时、精确控制，将1/0接口模块与FPGA模块连接。 本新型运动控制卡与人本文档来自技高网...

【技术保护点】
双处理器运动控制卡，包括第一微处理器模块、与第一微处理器模块相接的第一存储器模块，以及Ｉ／Ｏ接口模块，其特征在于：还包括第二微处理器模块，其上接有第二存储器模块，该处理器模块与网络接口相接，两个微处理器模块之间通过现场可编程门阵列模块连接。

【技术特征摘要】
双处理器运动控制卡，包括第一微处理器模块、与第一微处理器模块相接的第一存储器模块，以及I/O接口模块，其特征在于还包括第二微处理器模块，其上接有第二存储器模块，该处理器模块与网络接口相接，两个微处理器模块之间通过现场可编程门阵列模块连接。2. 根据权利要求1所述的双处理器运动控制卡，其特征在于所述第一微处理器模块 为浮点数字信号处理器。3. 根据权利要求1所述的双处理器运动控制卡，其特征在于所述第二微处理器模块为ARM9架构处理器。4. 根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓莹，
申请(专利权)人：邓莹，
类型：实用新型
国别省市：45[中国|广西]