基于Xenomai的嵌入式数控系统平台的开发与研究

发布时间：2018-04-02 05:22

  本文选题：数控系统　切入点：嵌入式Linux　出处：《华南理工大学》2013年硕士论文

【摘要】：随着计算机技术的飞速发展，为数控系统的发展提供了丰富的软硬件资源。开放式数控系统中所有具有运动控制功能可以完全在PC中通过软件实现，实现硬件功能软件化。 针对开放式数控系统的开发特点，结合本实验室的研究项目，本文开发出了开放式的嵌入式数控系统。本系统采用软件实现运动控制的功能，增强了数控系统的稳定性、可靠性、易扩展性和易维护性，使得数控系统只要进行小范围改动就能满足不同应用的需要，从而缩短了数控系统的开发周期、降低了开发成本。充分利用了PC机不断提高的计算速度、不断扩大的存储量和性能不断优化的操作系统。 本论文的主要研究内容包括： 在分析数控系统的发展现状和发展趋势的基础上，确定以开放性的嵌入式数控系统作为研究方向。设计出了嵌入式数控系统的体系结构，按照软硬件的角度划分为软件结构和硬件结构并分别进行了设计，采用ARM开发板作为数控系统的硬件平台，Linux作为操作系统，使得软硬件都有很高的稳定性和可移植性。 针对嵌入式开发的特点，在ARM平台和Linux操作系统上搭建起了嵌入式开发环境，包括编译环境、图形基础环境和图形用户界面环境的搭建，，并使用Tcl/Tk和GTK完成数控系统界面的设计和开发。 由于数控系统运动控制部分对系统实时性要求比较高，在分析Linux实时性不足的基础上，探讨了Linux实时化方法，针对本文所研究平台的特点，采用Xenomai的实时化技术对Linux内核进行重新编译和配置，搭建完成Xenomai/Linux双内核实时操作系统。 完成了数控系统的整体设计，并将本文硬件平台上完成的数控系统和Intel平台上的两种不同处理器上的数控系统进行了比较，测试了Xenomai/Linux双内核实时操作系统的实时性，并通过G代码测试了数控系统的性能。
[Abstract]:With the rapid development of computer technology, abundant software and hardware resources have been provided for the development of CNC system. All the motion control functions in open CNC system can be realized by software in PC, and the hardware function can be realized by software. According to the characteristics of the open CNC system and the research project of our laboratory, the open embedded NC system is developed in this paper. The system uses software to realize the function of motion control and enhances the stability of the NC system. The reliability, expansibility and maintainability of the NC system make it possible to meet the needs of different applications as long as the numerical control system is changed in a small range, thus shortening the development period of the CNC system. It reduces the cost of development, makes full use of the increasing computing speed of PC, the increasing storage capacity and the continuous optimization of performance of the operating system. The main contents of this thesis are as follows:. Based on the analysis of the present situation and development trend of CNC system, the open embedded CNC system is chosen as the research direction. The architecture of embedded CNC system is designed. It is divided into software structure and hardware structure according to the point of view of hardware and software. ARM development board is used as the hardware platform of CNC system as operating system, which makes both hardware and software have high stability and portability. According to the characteristics of embedded development, the embedded development environment is built on ARM platform and Linux operating system, including compiling environment, graphic basic environment and graphical user interface environment. And use Tcl/Tk and GTK to complete the design and development of NC system interface. Because the motion control part of NC system requires high real-time performance of the system, on the basis of analyzing the lack of real-time performance of Linux, this paper discusses the method of Linux realtime, aiming at the characteristics of the platform studied in this paper. The Linux kernel is recompiled and configured by the real-time technology of Xenomai, and the Xenomai/Linux dual kernel real-time operating system is built. The whole design of the NC system is completed, and the real-time performance of the Xenomai/Linux dual-kernel real-time operating system is tested by comparing the NC system completed on the hardware platform of this paper with that on two different processors on the Intel platform. The performance of NC system is tested by G code.
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP368.1

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本文编号：1698973