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基于ARM的工业以太网运动控制器的设计

作　者: 王锐
导　师: 董静薇
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 运动控制器嵌入式系统以太网 Linux
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

运动控制器是工业运动控制系统的重要组成部分，随着嵌入式系统技术的快速发展，市场上对运动控制器技术更新的需要不断增加，使运动控制器走向高性能、低成本、可靠性高的发展方向。在世界上，运动控制器在欧美国家迅速发展的情况下，国内只是在模仿和生产国外的成熟产品，缺少完整、新颖的研究。本文设计一款基于ARM的工业以太网运动控制器。该运动控制器的硬件部分包括ARM11主控模块和运动控制模块。主控制模块以三星公司的ARM11微处理器S3C6410为核心，扩展了丰富的外围设备，包括：电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口等基本电路及存储器模块、以太网模块及LCD显示模块。运动控制模块由运动控制芯片PCL6045B及其外围电路、光电耦合电路、PWM脉冲输出的驱动电路等组成。运动控制模块接收S3C6410发送的运动控制指令，驱动伺服电机实现运动控制过程。该运动控制器的软件设计主要包括：嵌入式操作系统的移植、运动控制算法的设计和以太网通信协议的实现。本设计将RT-Linux内核植入到Linux内核中，形成双内核实时操作系统RT-Linux，并将其移植到ARM处理器中。本文研究运动控制的插补算法，包括直线插补、圆弧插补，制作运动控制的API函数库。本文还研究工业以太网在工业环境的关键技术和基于TCP/IP的工业以太网通信协议，设计了基于TCP/IP的各种以太网通信函数。本文设计的运动控制器具有成本低、体积小、通信结构简单、易于操作和维护的特点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 课题研究的意义  10-11
  1.2 运动控制的国内外现状  11-13
    1.2.1 国外运动控制器现状  11-12
    1.2.2 国内运动控制器现状  12-13
  1.3 本文主要研究内容  13-14
第2章运动控制器总体方案  14-20
  2.1 运动控制系统的结构  14
  2.2 伺服电机及驱动器  14-17
  2.3 运动控制系统的功能需求  17
  2.4 运动控制器的方案确立  17-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章运动控制器硬件平台设计  20-31
  3.1 S3C6410 微处理器及外围电路  20-21
  3.2 存储器模块  21-23
    3.2.1 DDR SDRAM 电路设计  22
    3.2.2 NAND Flash 电路设计  22-23
  3.3 以太网模块  23-25
  3.4 人机交互模块  25
  3.5 运动控制芯片 PCL6045B  25-27
  3.6 运动控制芯片接口电路设计  27-30
  3.7 本章小结  30-31
第4章运动控制器软件平台设计  31-45
  4.1 运动控制 API 函数库设计  31-32
  4.2 嵌入式操作系统的移植  32-36
    4.2.1 RT-Linux 内核编译  32-33
    4.2.2 U-BOOT 的设置与移植  33-34
    4.2.3 Linux 内核的裁剪与移植  34-35
    4.2.4 交叉编译环境开发的建立  35-36
    4.2.5 根文件系统的制作  36
  4.3 系统任务设计  36-38
  4.4 PCL6045B 的运动控制  38-44
    4.4.1 位置控制模式  39-41
    4.4.2 插补控制  41-44
  4.5 本章小结  44-45
第5章工业以太网通信的实现  45-55
  5.1 工业以太网关键问题研究  45-48
  5.2 以太网协议的封装格式  48-49
  5.3 ARP 协议的实现  49-51
  5.4 IP 协议的实现  51-53
  5.5 ICMP 和 TCP 通讯协议的实现  53-54
  5.6 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-59
攻读学位期间发表的学术论文  59-60
致谢  60-61
附录 1 MR-E-10A-KH003 功能框图  61-62
附录 2 HF-KE13W1-S100 与驱动器连接图  62

基于ARM的工业以太网运动控制器的设计

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