基于ARM+Linux的横机上位机设计与实现

韩浏垚　朱耀麟　刁先举

【摘 要】为了提高电脑横机控制系统的性能，本文提出一种基于ARM+Linux的上位机设计方案，处理器选用为SAMSUNG S3C2451，操作系统选Ubuntu16.04操作系统，介绍了电脑横机的硬件结构以及数据处理方法，对上位机软件进行模块划分，并通过QT完成了各个功能模块的设计，实现了电脑横机上位机文件管理、参数设置、运行监控、系统检测等功能。

【关键词】电脑横机；上位机；ARM；Linux

中图分类号： TP273 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）17-0095-002

Design and Implementation of Flat-head Computer Based on ARM+Linux

HAN Liu-zhao ZHU Yao-lin DIAO Xian-ju

（School of Electronic Information，Xi'an University of Engineering，Xi'an Shaanxi 710048，China）

【Abstract】In order to improve the performance of computer flat knitting machine control system，this paper proposes a upper computer design based on ARM+Linux，chooses SAMSUNG S3C2451 processor，operating system，choose Ubuntu16.04 operating system，and introduces the hardware structure of the computer flat knitting machine and the data processing method，the PC software module partition，and through the QT finished each function module design，has realized the computer flat knitting machine PC file management，parameter setting，operation monitoring， system testing， etc

【Key words】Computerized Flat Knitting Machine；Supervisor PC；ARM；Linux

0 引言

电脑横机是一种主要用来生产羊毛衫的针板舌针纬编织机[1]，近年来国产电脑横机发展已颇具规模，出现了慈星、恒天等优秀品牌，但市场上还存在着大批性能有待提升的国产横机，与国内外先进横机相比，存在功能单一、系统稳定性不足的问题，而随着市场的发展，人们对电脑横机的功能有了更高要求，不单单是满足基本的编织控制，要求电脑横机具备更完善的功能。为缩小普通横机与国内外先进横机的差距，本文针对主从控制结构的电脑横机，对其上位机进行设计，选用SAMSUNG S3C2451芯片作为处理器，移植Ubuntu16.04操作系统，根据电脑横机的功能需求采用QT编写GUI图形界面和功能模块程序。

1 横机控制系统结构

电脑横机控制系统为主从级递阶结构，系统结构如图1所示，上位机主要承担花型文件解析和人机交互控制任务，打板软件将花型文件传递给上位机，上位机依据横机工艺从花型文件中解析控制数据，将控制数据分别发送给各个下位机子模块，下位机作为协处理器，根据现场信号进行实时控制各个执行单元完成编织动作，同时收集横机运行过程中的重要参数以及报警信号传送给上位机，上位机将重要参数通过界面显示[2]，当发现异常时进行报警。

2 上位机数据处理

横机数据包括花型文件、编织数据文件（KSD）、系统数据文件（SYS）、控制数据文件（FKD），如图所示，其中花型文件由CNT和PAT两个同名的花型描述文件组成。PAT记录了织物的花型信息、CNT记录了横机的控制信息，两种文件不能直接用于横机控制；KSD记录了各种电机的具体速度值，用于调节花型密度；SYS记录了横机在调试完成后固定下的参数，是各种花型文件在机器上编织的依据；FKD保存着驱动各個电机和电磁铁的动作数据[3]，上位机通过CNT数据、PAT数据、KSD数据和SYS数据计算生成KSD数据，下位机按照KSD数据控制各个执行部件进行编织动作。KSD数据包括行控制数据和选针数据，行控制数据包括机头运动速度、罗拉卷布量、针板横移量等控制数据[3]，当机头运动时不变化；选针数据记录了选针器在当前针位置的状态，随着机头运动不断更新。

3 上位机硬件结构

上位机采用ARM9 S3C2416芯片为处理器结合其他外设模块组成，包括LCD接口模块、触摸屏模块、USB接口模块、存储模块以及CAN总线通讯模块，硬件结构如图 2所示。

处理器采用SAMSUNG S3C2416芯片，其内核为ARM926EJ，主频400MHz，具有价格低、功耗低的特点[4]；内存模块采用K9K8G08U0D芯片和SD卡，K9K8G08U0D芯片存储引导程序用于启动操作系统，SD卡作为数据存储器，用于存储花型文件和参数文件；USB接口用于传输花型文件和参数文件。

4 上位机软件结构

上位机的操作系统为可裁剪的Linux操作系统Ubuntu16.03，在其上加载各个外设模块的驱动程序，上位机软件通过操作系统调用接口使用各个外设模块。电脑横机上位机的软件结构如图3所示。

5 上位机软件设计endprint

5.1 功能模块划分

本文根据功能需求进行了上位机功能模块的划分，主界面如图4所示。

a.编织运行，在编织运行时，解析花型文件，下发KSD数据，同时监控编织过程并处理报警信号；

b.文件管理，用于花型文件、KSD文件、SYS文件的读取和保存以及参数操作；

c.花型文件预览，浏览编辑CNT和PAT文件；

d.系统测试，用于横机调试时，对三角板、选针器、电机等执行机构状态的检测。

e.系统参数设置，调节SYS数据，设定横机的零针位、机头左右限位、沙嘴左右限位等参数；

f.编织参数设置，修改KSD数据，设定度目、主罗拉、副罗拉等电机的速度；

5.2 编织运行模块

编织运行模块负责KSD数据的获取、下发以及运行参数的显示，为了保证程序的实时性，采用多线程运行，包括花型文件解析线程、运行信息显示线程、KSD数据下发线程、故障报警报警线程四个子线程。各线程的数据传输和控制利用QT中的信号收发和槽函数的调用实现，花型文件解析线程和KSD数据下发线程间的协调通过QwaitCondition和QMutex实现。

5.3 文件管理模块

该模块使用了QT的QDir类、QFileInfoList类和QListWidget类实现各个文件的管理，其中CNT文件中只对电机的速度进行了分段，段号代表的具体速度记录在KSD文件中，导入花型文件后将生成同名的KSD文件，其中得到参数为默认值，为了减少手动输入量，在文件管理模块增加了KSD文件拷贝功能，将已有的KSD文件覆盖完成KSD参数的设置。

5.4 系统参数与编织参数设置模块

两个模块采用QT控件QLineEdit、QTableView实现参数的调整，系统设置模块用于机器调试，实现针零位、总针数、起始针位置、机头左右限位、机号、选针器提前量和沙嘴提前量等SYS参数的修改。

6 结束语

电脑横机上位机基于ARM处理器和Linux操作系统，实现了电脑横机的编织运行、文件管理、参数修改、系统测试功能，在编织运行时利用多线程协调花型文件解析、控制数据下发、运行信息显示、故障警报。目前通过上机测试，该电脑横机上位机运行良好，实现电脑横机的功能需求。

【参考文献】

[1]朱文俊.电脑横机机械与控制技术[M].北京.中国纺织出版社.

[2]張团善.新型电脑横机控制系统设计[J].西安工程学学报.2007（4）.

[3]张弛.电脑横机控制系统数据准备[J].纺织学报.2012（8）.

[4]李鹏飞.基于嵌入式系统的电脑横机上位机的软件设计[J].针织技术，2013（2）.

[5]张团善.基于FPGA的电脑横机控制器设计[J].针织工业，2007（8）.endprint