学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于ARM+FPGA的嵌入式数控装置研究

作　者: 周茉
导　师: 费继友
学　校: 大连交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: ARM控制器 Linux FPGA 动态配置 嵌入式数控装置
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 204次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


嵌入式系统的主要特点是具有高可靠性和实时性。嵌入式系统指采用嵌入式计算机技术,软件和硬件可裁减,对功能、可靠性、功耗、体积和成本等有严格要求的专用计算机系统。传统的硬件数控装置或计算机数控装置(CNC)难以满足现代数控系统对数控装置实时性、灵活性和功能重构等方面的要求。基于ARM+FPGA的嵌入式数控装置利用ARM控制器丰富的软硬件资源,运行速度快,计算精度高和FPGA内部逻辑具有在线可重构等特点。可满足现代数控系统对数控装置实时性,灵活性和功能重构等方面的要求。基于ARM+FPGA的嵌入式数控装置与传统硬件数控装置和CNC相比,在采用技术和软硬件结构上有明显进步。由高性能ARM控制器代替CNC中的计算机系统,简化了数控装置结构并降低了硬件成本；采用Linux嵌入式操作系统为数控装置的实时性提供了保证；由FPGA实现传统硬件数控装置或CNC的硬件电路功能,简化了硬件电路结构,提高了硬件电路灵活性,通过对FPGA的动态配置可实现不同的电路功能。本文通过对CNC体系结构和嵌入式数控装置开发方案的研究,提出了一种基于ARM和FPGA的嵌入式数控装置设计方案；研究了Linux嵌入式操作系统的移植过程,介绍了在S3C2440硬件平台上的剪裁和移植方法；研究了ARM对FPGA的配置方法；完成了TQ2440开发板与Mars-XC3S400-F-Core开发板配置总线和通信接口的设计；采用Xilinx公司的EDA软件ISE7.1i,完成了基于XC3S400芯片的进给电机控制器设计,并进行了仿真验证和硬件实现。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 课题研究的背景和意义  10
  1.2 数控技术现状与发展趋势  10-12
  1.3 主要研究工作与本文结构  12-13
    1.3.1 主要研究工作  12
    1.3.2 本文结构  12-13
  本章小结  13-14
第二章 计算机数控装置体系结构研究  14-21
  2.1 数控机床概述  14-15
  2.2 数控机床的组成与模块功能  15-16
    2.2.1 数控机床一般组成  15
    2.2.2 数控机床功能模块  15-16
  2.3 数控装置体系结构分类  16-17
    2.3.1 按运动方式分类  16
    2.3.2 按数控装置类型分类  16-17
    2.3.3 按控制方式分类  17
    2.3.4 按数控装置功能水平分类  17
  2.4 CNC装置硬件体系结构  17-19
    2.4.1 CNC装置硬件结构  17-18
    2.4.2 CNC装置硬件模块功能  18-19
  2.5 CNC装置软件体系结构  19-20
  本章小结  20-21
第三章 嵌入式数控装置设计方法研究  21-30
  3.1 嵌入式数控装置总体结构  21
  3.2 硬件平台分析  21-23
    3.2.1 ARM简介  21-22
    3.2.2 FPGA简介  22-23
    3.2.3 ARM与FPGA的比较  23
    3.2.4 ARM与FPGA综合设计的优点  23
    3.2.5 任务与功能划分  23
  3.3 总体设计方案  23-24
  3.4 硬件平台的选择  24-25
  3.5 嵌入式操作系统的选择  25-28
    3.5.1 嵌入式操作系统的发展历程  25-26
    3.5.2 嵌入式实时操作系统的特点  26
    3.5.3 几种常用嵌入式实时操作系统的比较  26-28
    3.5.4 操作系统选择考虑的主要因素  28
    3.5.5 数控装置研发流程  28
  本章小结  28-30
第四章 基于ARM+FPGA的嵌入式数控装置硬件设计  30-42
  4.1 数控装置组成与功能  30-31
  4.2 ARM系统硬件设计  31-35
    4.2.1 ARM系统板选型  31-32
    4.2.2 电源电路  32
    4.2.3 系统复位电路  32-33
    4.2.4 JTAG接口电路  33
    4.2.5 串行接口电路  33
    4.2.6 存储器系统  33-34
    4.2.7 以太网接口电路  34
    4.2.8 LCD接口电路  34-35
  4.3 FPGA系统硬件设计  35-37
    4.3.1 FPGA系统板选型  35-36
    4.3.2 电源电路  36
    4.3.3 复位电路  36-37
  4.4 ARM与FPGA配置总线设计和通信接口设计  37-40
    4.4.1 GPIO扩展接口  37
    4.4.2 JTAG接口电路  37-38
    4.4.3 ARM对FPGA在线配置接口设计  38-39
    4.4.4 ARM与FPGA通信接口设计  39-40
  本章小结  40-42
第五章 基于ARM+FPGA的嵌入式数控装置软件设计  42-58
  5.1 LINUX嵌入式操作系统  42-47
    5.1.1 Linux嵌入式操作系统概述  42
    5.1.2 Linux嵌入式操作系统移植类型  42
    5.1.3 Linux嵌入式操作系统在ARM上的移植  42
    5.1.4 Linux2.6.30.4的移植过程  42-47
  5.2 嵌入式图形用户界面QT的移植  47-50
    5.2.1 图形界面Qt概述  47-48
    5.2.2 图形界面Qt移植  48-50
  5.3 ARM对FPGA的配置原理与方法  50-57
    5.3.1 FPGA配置原理  50-53
    5.3.2 ARM控制器对FPGA的在线编程  53-57
  本章小结  57-58
第六章 基于FPGA的进给电机控制器设计  58-66
  6.1 硬件描述语言VERILOG HDL简介  58
    6.1.1 硬件描述语言的概念  58
    6.1.2 Verilog HDL语言和发展  58
    6.1.3 Verilog HDL语言和VHDL语言的区别  58
  6.2 步进电机与伺服控制器原理  58-59
  6.3 进给电机控制器设计  59-65
    6.3.1 控制命令寄存器  59-60
    6.3.2 分频器模块设计与仿真  60-61
    6.3.3 方向设定模块设计与仿真  61-62
    6.3.4 相位编码模块设计与仿真  62-63
    6.3.5 进给电机控制器仿真  63
    6.3.6 XST综合  63-64
    6.3.7 引脚分配  64-65
    6.3.8 进给电机控制器在硬件上的实现  65
  本章小结  65-66
结论与展望  66-67
参考文献  67-69
附录1  69-76
附录2  76-81
攻读硕士学位期间发表的学术论文  81-82
致谢  82-83

相似论文

  1. 基于FPGA的电磁超声检测系统的研究,TH878.2
  2. 基于FPGA的五相PMSM驱动控制系统的研究,TM341
  3. LXI任意波形发生器研制,TM935
  4. 基于FPGA的射频功放数字预失真器设计,TN722.75
  5. 突发OFDM系统同步与信道估计算法及FPGA实现,TN919.3
  6. 直扩系统抗多径性能分析及补偿方法研究,TN914.42
  7. 电视制导系统中视频图像压缩优化设计及实现研究,TN919.81
  8. 基于FPGA的多用户扩频码捕获研究及硬件仿真,TN914.42
  9. 基于FPGA的数字图像处理基本算法研究与实现,TP391.41
  10. 基于FPGA的高速图像预处理技术的研究,TP391.41
  11. 基于FPGA的高速数字图像采集与接口设计,TP274.2
  12. 基于FPGA的电感传感器数据采集系统的研制,TP274.2
  13. 基于ARM的TFT-LCD面板检测设备软件的研究,TN873.93
  14. 基于Nios的串行总线分析仪研制,TP274
  15. 基于FPGA-RocketIO_X的PMC高速数据传输板开发,TP274.2
  16. PXI高性能数字I/O模块研制,TP274
  17. LXI计数器研制,TP274
  18. 基于FPGA的高速实时数据采集系统,TP274.2
  19. 网位仪信号采集与处理平台的设计与实现,S951.2
  20. 基于TCP/IP协议的嵌入式图像传输系统接收终端的设计,TP368.1
  21. 基于Nios Ⅱ的GPS信息接收系统设计,TN967.1

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
© 2012 www.xueweilunwen.com