基于CAN总线的嵌入式数控系统网络化研究

0 引言

    近些年，随着现场总线技术和嵌入式技术在工业控制领域的应用，给整个制造业领域带来了巨大的变革，极大的提高了生产力发展水平。本文设计了一种基于ARM9系列微处理器S3C2440和专业运动芯片MCX314As嵌入式数控系统，并在微处理器中移植经过裁剪的开源Linux操作系统，使其具有多任务处理能力。该数控系统结构简单、成本低、插补精度高等优点是符合新一代开放式标准的经济性数控系统。通过在ARM上面扩展CAN总线接口电路，利用CAN总线技术对嵌入式数控系统进行网络化，组建基于CAN总线的局域网数控加工网络。CAN总线在数据通信方面具有突出的可靠性、实时性和灵活性，特别适合工业现场自动化设备的相互连接。根据实际情况，考虑到企业内部数控联网加工的特殊要求，利用CAN总线将工业现场嵌入式数控系统连接起来，对构建一种新型的局域网嵌入式数控系统具有重要意义。

1 网络体系的硬件结构

    本文设计的基于CAN总线的嵌入式数控系统网络化的总体框图如图1所示：在工业现场通过一个工控机或者工业用的笔记本电脑可以对经过CAN总线联网的嵌入式数控系统进行监控。通过在主监控计算机上安装监控软件，对数控加工程序进行处理得到加工需要的数据文件，通过USBCAN智能CAN接口卡使监控计算机可以通过USB总线连接至CAN-bus网络，将加工数据文件传输到嵌入式数控系统中。S3C2440通过扩展CAN总线接口电路接收来自CAN总线上面的加工数据文件，然后启动传输数据加工程序，将数据通过总线接口传输到运动控制芯片MCX314As中，实现MCX314As的控制。MCX314As对接收到的数据加工文件进行相应的插补计算然后输出脉冲电平控制电机工作。

图1 系统体系结构总体框图

    嵌入式数控系统总体结构该嵌入式数控系统主要有基ARM9的S3C2440主控板和专业运动控制芯片MCX314As组成。其硬件结构图如图2所示。

图2 嵌入式数控系统的硬件结构图

    微处理器S3C2440主频最高可达到533MHz完全满足数控系统的多任务处理要求，该芯片基于ARM920T内核，采用5级流水线和哈佛结构，具有其体积小、低功耗、成本低、性能高等优点。MCX314As是一种功能强大的运动控制芯片，是一种单一芯片而可控制4轴的脉冲序列输出驱动伺服电机、步进电机的运动控制芯片。可以对任意两轴进行直线和圆弧插补。