基于多核ARM的数控系统的设计

4 多 CPU 的数控主板设计

　　基于以上的软件功能分析，本文设计的多 CPU 硬件是基于 ARM9、DSP6713、OMAPL138、FPGA 为核心，采用多 CPU 体系结构来设计，系统采用两片 ARM9、一片 DSP 和一片大容量 FPGA，以及各种不同功能的存贮器、相关外围器件组成系统的主控 CPU 板。系统中各 CPU 与相应的存贮器构成独立的 CPU 子系统。主 ARM系统进行文件系统管理、系统参数管理、人机界面管理、USB 接口管理、系统逻辑任务管理等。DSP 子系统负责插补算法、GSK-LINK 总线部分管理工作等。从 ARM 子系统负责 PLC 逻辑任务。FPGA 利用内部双口RAM 为各 CPU 子系统提供数据交换通道，FPGA 管理系统的各种外部设备，如 TFT 液晶显示器、主轴电机、机床 IO、键盘管理、串口管理等。根根据上面功能划分，同时考虑到后续的升级、维护等工作，将硬件划分为几个块，具体内容在硬件模块里有详细的描述。大致内容包括：ARM9 处理器、DSP、58M/SDRAM、256K/NVRAM、电源电路、FPGA、LCD 数据口、DC 电路、缓冲电路、光电隔离器件、USB 通讯电路，AVR 对按键扫描电路等。简易框图如图 3，实物图如图 4：

图 3 数控系统多 CPU 内核的简易框图

 图 4 GSK-980TE2 多核数控主板

　　主要元器件说明如下：

　　（1）ARM9_CPU：采用 ARM920T 模型，采用三星 2440 芯片。

　　（2）FPGA：采用 Altera 公司的产品，负责中断控制和机床 I/O 信号，机床 I/O 信号初步定为 48-IN/48-OUT。

　　（3）DSP6713：为 TI 的 DSP6000 系列，主要负责插补算法等工作。

　　（4）其他：除脉冲串发生器以外，采用 181 低速光电隔离。采用一个 AVR 单片机负责键盘、LED 等信号处理

5 结论

　　采用多 CPU 结构的数控系统，在数据运算能力方面大大增强，使得更多更强 的数控软件功能得到发展。本文所设计的主板已经成功应用于广州数控 GSK-218TD,GSK-980TE2 等数控系统上，获得良好的市场反应和非常好的经济效益。