基于W5100的数控系统组网设计与实现

0 引言

　　制造业是国家综合国力的基础，而数控技术又是其关键基础技术。信息技术的快速发展，使得传统制造业发生深刻变革，尤其是数控系统在智能化、网络化和集成化上得到大力发展。发展先进数控技术，提高装备制造水平，将是构成企业制造系统现代化的关键，有利于提升企业在激烈的全球化经济条件下对市场环境的生存能力。因此，发展先进数控技术对制造型企业的发展壮大起到关键作用。网络数控技术即是一种将制造单元通过网络技术互联，从而实现在制造过程中共享所需资源的技术。

　　一方面，利用多个网络数控系统可以构建网络化生产车间，中心服务器管理者可以详细准确监视并记录每一台设备的运行情况，可以实现远程控制，合理调度生产设备资源，提高企业生产效率，降低工人劳动成本；另一方面，系统厂家可以通过 Internet 与客户中心服务器连接，及时跟踪客户需求反馈，有助于远程培训和维护，减少维修人员的往来。随着计算机辅助设计和制造系统大量应用于实际加工过程，需要快速方便地与数控系统进行大吞吐量数据交换，具备网络功能的数控系统能够很好地与办公室中的 CAD/CAM系统联系起来，快速高效生产加工，及时修正加工问题，实现网络制造。目前，多家数控系统设备制造公司如德国西门子（Siemens）、日本山崎马扎克（Mazak）相继推出相关样机和产品，很大程度上加快了数控系统网络化的发展速度。

1 网络数控系统体系结构

　　网络数控系统大体分为基础部分和网络部分，基础部分即完成数控系统本身基本功能运行，网络部分与外部网络设备连接完成交互数据的收发。

　　本文所设计的数控系统采用的是 TI 公司 OMAPL138B 作为主控芯片，该芯片同时集成 ARM 和 DSP 核心，二者能够无缝协调工作，减少了总线延迟。其中，ARM 核心负责完成显示、人机交互（HMI）、文件资源管理、数控 NC 译码任务以及网络通信传输；而 DSP 核心则发挥其运算优势，主要担负数控系统核心插补算法、伺服驱动控制以及 PLC 逻辑控制运算。网络电路接口则采用 WIZnet 公司生产的一款成熟且多功能的网络芯片——W5100，实现 TCP/IP 通信协议传输，很大程度简化了系统结构设计。

　　ARM 和 DSP 核心能够同时工作于 456MHz，该芯片连接 DDR2 内存芯片，比其它传统 SOC 连接 SDRAM 方式运行速度更快。图 1 所示描述了基于 OMAPL138B 和 W5100 的数控系统体系结构，包括 SOC 外围系统电路和网络通信电路。

图 1 网络数控系统体系结构图

　　1.1 OMAPL138B 处理器简介

　　OMAPL138 DSP+ARM 处理器是一款基于一个 ARM926EJ-S 和一个 C674xDSP 核心的低功耗应用处理器，甚至比 TMS320C6000 平台的其它 DSP 产品消耗功率更低。其双核架构兼具了 RISC 和 DSP 技术的优点，并且采用流水线结构设计，因此能够保证处理器和存储器的所有部件有效运作。ARM 核心拥有协处理器 CP15，具有独立的 16KB 指令 Cache 和 16KB 数据 Cache，同时集成了 8KB 内部 RAM 和 64KB 内部 ROM；DSP 内核采用 2 级高速缓存架构，1 级分别由 32KB 指令（L1P）和数据（L2P）高速缓存组成，2 级则包含一个 256KB内存空间，可由程序空间和数据空间共用。另外，ARM 和 DSP 之间有 128KB 的内部共享 RAM，可以互相实现数据无缝访问。

　　OMAPL138B 集成了丰富的电路接口，有助于系统电路设计简化。本文所用到的电路接口如下：

　　1）DDR2/mDDR 内存控制器；

　　2）通用输入/输出接口（GPIO）；

　　3）LCD 控制器；

　　4）扩展存储器接口（EMIFA）；

　　5）通用异步接收/发送装置（UART）；

　　6）通用串行总线（USB）。