基于I2C和雙ARM的PCB鉆床控制器設計

　　3.軟件設計

　　軟件部分主要由人機交互系統軟件和機床運動控制系統軟件組成。人機交互系統軟件結構比較復雜，所以軟件移植了μC/OS－II 操作系統。機床運動控制系統軟件結構比較簡單，但是這部分軟件有很強的實時性要求，所以軟件沒有移植操作系統，而是采用時間觸發模式編寫。

　　3.1 人機交互系統軟件設計

　　人機交互系統軟件采用分層方式進行編寫。軟件分為系統層和應用層。系統層設計的主要任務是首先進行嵌入式操作系統μC/OS－II 移植，然后再對操作系統內核進行擴展，形成一個簡單高效的平臺。應用層設計是在這個平臺的基礎上實現加工文件的操作，機床手動加工，機床自動加工，機床參數設置等任務。

　　系統層以μC/OS－II 操作系統內核為基礎進行移植和擴展。所謂移植，是指通過編寫一定代碼，使得操作系統能夠在特定的處理器平臺上運行。根據μC/OS－II 的說明，移植包括對與處理器相關的OS_CPU.H,OS_CPU_A..ASM,OS_CPU_C.C 三個文件中的代碼進行移植[4]。在μC/OS－II 提供的內核基礎上，通過設計驅動程序模塊，系統任務，操作系統的API 函數和任務調度模塊等對操作系統內核進行擴展。通過設計實現LCD，鍵盤，K9F2808，I2C 總線和串口通信等的接口函數，建立驅動程序模塊，使操作系統API 函數和底層硬件分開。系統任務部分設計了LCD 刷新任務，鍵盤讀取任務，I2C 總線讀寫任務這三個基本任務，并隨著操作系統的啟動而運行。

　　應用層在系統層提供的 API 函數的基礎上，設計了主任務和機床手動加工，自動加工，文件傳輸，參數設置等任務。系統的入口函數Main 函數流程如圖2 所示。主任務函數結構如圖3 所示：

　　3.2.LPC2214 程序設計

　　機床運動控制系統控制程序結構比較簡單，程序模塊間相對獨立，但是實時性要求很高。由于嵌入式實時操作系統會占用一部分系統資源，影響系統的實時性，增加系統設計難度，所以，我們沒有移植嵌入式實時操作系統，而是使用簡單時間調度方式。使用該調度方式可以使程序具有較好的健壯性和穩定性。系統采用定時器來產生系統調度的節拍，利用定時器中斷程序進行調度。系統使用定時器0 產生系統的節拍，定時周期為1ms。系統利用PWM控制器的中斷和四個比較寄存器控制交流伺服系統進給脈沖的生成。我們把任務分成兩類：一類為周期任務，另一類為非周期任務。每一個任務都有一個任務控制塊，任務控制塊的數據結構如下：

　　typedef data struct

　　{void (*P_task)(void); //指向任務的指針

　　unsigned int Delay; //延時時間

　　unsigned int Period; //任務再次運行的間隔時間

　　unsigned int run; //任務需要運行的次數

　　}task;

　　任務控制塊包含了任務被調度的重要信息：任務是周期任務還是非周期任務，以及任務在何時運行，任務準備就緒的標志等。控制系統的主要任務有：X 進給軸脈沖發送任務，Y 進給軸控制任務，Z1 進給軸控制任務，Z2 進給軸控制任務,主軸電機控制任務，換刀任務等。

　　4.結束語

　　在控制器方案考慮和設計中，我們充分考慮了嵌入式系統對功耗，成本和尺寸的敏感性。基于I2C 的雙ARM 結構的鉆床控制器具有性能優良，系統集成度高，性能可靠，人機交互友好，可擴展性好的特點，相對于傳統的基于單片機的鉆床控制器在性能上有很大的提高。本設計為嵌入式系統在印刷電路板控制器中的應用提供了新的思路，具有較好的應用價值。