基于ARM與DSP的嵌入式運動控制器設計

　　引言

　　運動控制系統廣泛地應用于工業控制領域，而嵌入式技術在工業控制領域的應用還不太成熟，近年來，工業控制對運動控制系統的要求越來越高，為了滿足新一代運動控制系統的各項性能要求，嵌入式運動控制器應運而生。基于ARM與DSP運動控制芯片相結合的新一代運動控制系統，充分發揮ARM微控器與專業運動控制芯片MCX314As的各自特點，可方便的構成高性能的嵌入式運動控制系統。

　　運動控制芯片MCX314As

　　MCX314As是日本NOVA電子有限公司的DSP運動控制專用芯片，它是控制4軸的脈沖序列輸出驅動伺服電機、步進電機的運動控制芯片，可用于工業自動化設備、工業機器人、測量設備、辦公設備和家用電器等。可以進行各軸獨立的定位控制、速度控制，另一方面亦可在4軸中任意的選擇2軸或是3軸來進行圓弧、直線、位模式插補。輸出脈沖頻率高達4MHZ，誤差低于±0.5最小插補單元，倍率1～500。每軸都有伺服反饋輸入端、四個輸入點和8個輸出點，能獨立地設置為恒速、線性、非對稱S曲線加/減控制、非對稱梯形加/減控制,并有2個32位的邏輯、實際位置計數器和狀態比較寄存器，實現位置的閉環控制[1]。

　　MCX314As運動控制芯片能與8/16位數據總線接口，通過命令、數據和狀態等寄存器實現4軸3聯動的位置 、速度、加速度等運動控制和實時監視。在實際運用時可以把所有極其復雜的實時運動控制工作交給MCX314As芯片來處理，而主機CPU只需要向MCX314As芯片發出一系列的控制指令便能實現各種復雜的運動。

　　2 ARM微處理器S3C2410

　　S3C2410 是韓國三星公司的32位RISC嵌入式處理器。該處理器為手持設備和一般性應用提供了一個高性價比、低功耗、高性能的解決方案。該芯片基于ARM920T內核，采用五級流水線和哈佛結構，主頻高達200MHz[3]。ARM920T具有全性能的內存管理單元MMU、獨立的16KB指令和數據Cache以及高速AMBA總線接口。為了減少應用系統設計的成本，S3C2410集成了眾多的常用資源，例如：LCD控制器、NANDFlash控制器、SDRAM控制器、系統片選邏輯以及一些常用的通訊接口等資源,使它廣泛的應用于工業控制領域。

　　運動控制器的基本構成

　　由S3C2410和MCX314As構成運動控制器。在開發板S3C2410上設計有系統總線預留接口，預留了S3C2410芯片上的基于通用IO口的信號線，包括16位數據線、12位地址線、片選信號和一些讀寫控制信號線，以方便用戶擴展應用電路。運動控制芯片MCX314As與S3C2410處理器的連接就是通過這個標準的系統總線接口電路，把兩者的數據線、地址線、讀寫控制線、片選信號和中斷等信號連接起來。在兩者信號連接連接之間加入SN74ALVC164245的芯片來實現電平轉換，同時驅動信號。另外還需要注意的是，我們使用的是16位數據線的傳輸，所以MCX314As芯片的H16L8引腳必須接上高電平。

　　圖1 S3C2410與MCX314As的接口電路框圖