嵌入式网络数控技术与系统①

摘 要：随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的数字控制技术取得了较大程度上的进步，为我国国民经济的发展以及工业水平的提高做出重要贡献。就数字控制技术的发展历程来看，它已经经历了多个阶段，主要有分立元件系统阶段、专用计算机系统阶段以及通用计算机系统阶段。单就目前使用较为光广泛的通用计算机系统而言，它存在着一定程度的弊端，主要表现为系统资源与需求不匹配、操作系统难以与实时控制相适应等。针对这一情况，本文提出了一种嵌入式网络数字控制技术，并对其进行研究与分析。

关键词：网络数字控制 嵌入式体系结构 数字信号处理器

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0009-02

1 嵌入式系统的模型与特点

1.1 嵌入式系统模型

图1显示的主要是嵌入式系统的模型结构。

如果从物理层面的角度对其进行一定程度上的分析，可以将嵌入式计算系统理解成一个专用的电子系统，一般情况下，这一专用的电子系统都处于一个非电子系统环境之下，且这一系统环境具有一定的复杂性。至于这两种系统的关系，可以对其进行一定程度的抽象化处理，即具有复杂性的非电子系统是嵌入式系统的外部环境，我们将其称为被嵌入的系统。就一般状况而言，整个系统之中所包含的嵌入式系统为多个，同时，嵌入式系统能够与外界进行直接的通信。

对于嵌入式系统而言，它能够提供一个专门的服务给被嵌入系统，这一服务主要表现为两个方面：一方面，这一服务可以表现为对外界输入的响应；另一方面，这一服务也可以是对被嵌入系统或者与之相邻的嵌入式系统数据的响应。就如现代机电控制系统，对于这一系统而言，它是一种分布式的系统，在这种系统环境之下，各个处理单元都是通过网络进行一定程度上的连接的。图2显示的主要是基于网络的嵌入式系统结构。

1.2 嵌入式系统的可重构功能

对于嵌入式系统而言，其中央处理单元一般都是对精简指令集计算技术进行一定程度上的采用，通过对专用芯片方法以及微处理机方法进行一定程度上的对比分析，人们更希望探索出一套针对性较强且行之有效的新路线与新方法，使其兼备专用芯片方法以及微处理机方法的优点，即既能够表现出专用芯片的高性能、高速度以及高可靠性，同时又具备微处理机的强大编成功能。

对于可重构而言，它主要指的是在软件控制的环境之下，通过对可重用资源进行一定程度上的利用，并由此来对计算平台进行有效的重构与重组，这样一来，就能够对各种不同的需求进行有效的实现。可重用资源在可重构之中有着基础性的地位与作用，较早的可重构计算系统采用的主要是重组的方式，在这一系统环境之下，重用资源主要担当的是功能部件的角色；但是，当FPGA出现之后，重用资源的身份发生了一定程度上的改变，重用资源由原先的功能部件变成最为基本的门和线，通过对文件进行一定程度上的配置，就可以对每个门的性质以及线的连接进行有效的定义，由此来实现对于硬件功能的改变。从广义的范围来看，这种功能包含了硬件软件的可重构。而对于嵌入式系统而言，它具有可重构功能，除此之外，其硬软件又具有一定程度的可剪裁特点，这样一来，就为网络数字控制技术与系统的设计与实现提供了便利。

2 嵌入式新型网络数控系统体系结构

2.1 硬件体系结构

图3显示的主要是嵌入式新型网络数控系统的硬件结构。

从图3中，我们可以发现它主要包含了如下模块。

（1）显示及输入装置：通过对显示及输入装置进行一定程度上的使用，能够对现场人机交互、输入操作命令、手摇脉冲输入、加工状态显示等功能进行有效的实现。

（2）嵌入式数控单元：嵌入式数控单元在整个数控系统之中有着十分重要的地位与作用，因为它是整个数控系统的中央控制单元，能够对如下功能进行有效实现：显示装置与输入装置的连接、完成人机交互、编辑并获取相关的加工代码等。

（3）嵌入式PLC：这一部分的主要作用是对数控系统的逻辑控制进行有效实现。这一模块通过异步串行总线与中央数控单元进行一定程度上的连接，并对MODBUS协议进行运用，并由此来接受控制命令。

（4）以太网。对于以太网而言，它在系统之中的主要作用是对同车间网、企业网乃至是互联网进行有效连接。通过对以太网接口进行一定程度上的使用，可以进行加工程序的传送、远程操作、状态监控和故障诊断等。

2.2 软件体系结构

嵌入式网络数控系统的软件体系结构见图4所示。

（1）组态软件模块：只所以要对这一模块进行一定程度上的设计，主要是为了满足一些特定的功能。在这设计的过程之中，对标准接口以及约束开发的通用性设计进行了参考。主要包含如下几个模块：加工代码编译模块、插补计算模块、人/机交互模块、运动控制模块等。

（2）辅助设计系统：对于辅助设计系统而言，其主要作用是数控单元、PLC单元和伺服控制单元软件、代码的辅助开发以及代码的自动生成。

（3）控制仿真系统：控制仿真系统能够提供一个仿真环境，即通过将嵌入式硬件嵌入到软件仿真环境或软、硬件仿真混合环境进行一定程度上的仿真。

参考文献

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