1、1 1 開放式運動控制系統開放式運動控制系統2 2 PMACPMAC運動控制器運動控制器3 3 PCIPCI運動控制卡設計運動控制卡設計基于基于PCPC的伺服運動控制系統是一種開放式結構的伺服運動控制系統是一種開放式結構的系統，可以充分利用的系統，可以充分利用PCPC機的資源和第三方軟件機的資源和第三方軟件資源資源完成用戶應用程序的開發，將生成的應用程完成用戶應用程序的開發，將生成的應用程序指令通過序指令通過PCPC并行總線傳送給運動控制器，運動并行總線傳送給運動控制器，運動控制器根據來自控制器根據來自PCPC機的應用程序命令，按照設定機的應用程序命令，按照設定的運動模式，向驅動器發出運動指令

2、，完成相應的運動模式，向驅動器發出運動指令，完成相應的實時運動規劃。的實時運動規劃。1 1 開放式運動控制系統開放式運動控制系統開放式數控系統開放式數控系統一般數控系統由一般數控系統由3部分部分組成：組成：1，MMC：人機接口人機接口2，CNC：運動控制部運動控制部分，分，包括伺服部分，但一般包括伺服部分，但一般主軸在主軸在PLC部分。部分。3，PLC：機床的順控機床的順控部分部分人機接口人機接口NC控制器控制器伺服驅動器伺服驅動器數控機床數控機床傳感器傳感器機床強電機床強電MMCCNCPLC1 1 開放式運動控制系統開放式運動控制系統1 1、傳統數控系統、傳統數控系統數控系統軟件功能模塊數控

3、系統軟件功能模塊數控裝置數控裝置控制模塊控制模塊管理模塊管理模塊電電機機運運動動控控制制位位置置運運動動控控制制插插補補計計算算刀刀補補計計算算速速度度處處理理G功功能能處處理理監監控控處處理理中中斷斷處處理理PLC處處理理誤誤差差補補償償數控軟件功能模塊數控軟件功能模塊電機運動控制電機運動控制插補計算插補計算刀補計算刀補計算監控處理監控處理中斷處理中斷處理勻勻速速控控制制加加/減減速速控控制制直直線、線、圓圓弧弧插插補補螺螺旋旋線線、空空間間插插補補刀刀具具半半徑徑補補償償刀刀具具長長度度補補償償鍵鍵盤盤處處理理顯顯示示處處理理報報警警處處理理急急停停處處理理部分控制模塊功能部分控制模塊功能

4、 隨著數控技術的發展，數控系統變得越來越復雜，暴露隨著數控技術的發展，數控系統變得越來越復雜，暴露出許多自身固有的缺陷。出許多自身固有的缺陷。最大的問題是，這些數控系統都最大的問題是，這些數控系統都是專門設計的是專門設計的，它們具有不同的編程語言、非標準的人機，它們具有不同的編程語言、非標準的人機接口、多種實時操作系統、非標準的硬件接口等，這些缺接口、多種實時操作系統、非標準的硬件接口等，這些缺陷造成了數控系統使用和維護的不便，也限制了數控技術陷造成了數控系統使用和維護的不便，也限制了數控技術的進一步發展。的進一步發展。 為了解決這些問題，人們提出了為了解決這些問題，人們提出了“開放式數控系統

5、開放式數控系統”的的概念。這個概念最早見于概念。這個概念最早見于19871987年美國的年美國的NGC(Next NGC(Next Generation Controller)Generation Controller)計劃，計劃， NGCNGC控制技術通過實現基于相控制技術通過實現基于相互操作和分級式的軟件模塊的互操作和分級式的軟件模塊的“開放式系統體系結構標準開放式系統體系結構標準規范（規范（SOSASSOSAS）”找到解決問題的辦法。找到解決問題的辦法。一個開放式的系一個開放式的系統體系結構能夠使供應商為實現專門的最佳方案去定制控統體系結構能夠使供應商為實現專門的最佳方案去定制控制系統。

6、制系統。2 2、開放式數控系統、開放式數控系統（1 1）開放式數控系統的定義）開放式數控系統的定義 IEEEIEEE關于開放式系統的定義：關于開放式系統的定義：一個開放式數控系統應能夠在多平臺上運行，一個開放式數控系統應能夠在多平臺上運行，能夠與其他系統進行操作，并能夠給用戶提供一能夠與其他系統進行操作，并能夠給用戶提供一致的交互界面致的交互界面 ；1. 1. 系統互換性；系統互換性；2. 2. 可伸縮性；可伸縮性；3. 3. 可移植性；可移植性；4. 4. 互操作性；互操作性；5. 5. 可擴展性；可擴展性；6. 6. 不依賴于硬件、模塊化；不依賴于硬件、模塊化；（2 2）開放式數控系統的結

7、構形式：）開放式數控系統的結構形式： PC PC連接型連接型NCNC即將現有原型即將現有原型CNCCNC與與PCPC用通用串行線直接相連的用通用串行線直接相連的一種組成形式一種組成形式:DNC:DNC PC PC嵌入型嵌入型NCNC即在傳統的專用數控機床中嵌入即在傳統的專用數控機床中嵌入PCPC技術，技術，PCPC與與CNCCNC之間用專用總線連接。之間用專用總線連接。 系統。系統。 運動控制器運動控制器+PC+PC型型即在通用即在通用PCPC的擴展槽中插入運動控制卡，完全采的擴展槽中插入運動控制卡，完全采用以用以PCPC為硬件平臺的數控系統。為硬件平臺的數控系統。PMACPMAC運動控制器運

8、動控制器 全軟件型全軟件型NCNC即完全采用即完全采用PCPC的全軟件形式的數控系統。的全軟件形式的數控系統。NCNC的的全部功能處理全由全部功能處理全由PCPC進行，并通過裝在進行，并通過裝在PCPC擴展槽中擴展槽中的接口卡等進行控制。的接口卡等進行控制。STEP-NC STEP-NC （3 3）PCPC嵌入型嵌入型NCNC即在傳統的專用數控機床中嵌入即在傳統的專用數控機床中嵌入PCPC技術，技術，PCPC與與CNCCNC之間用專用總線連接。其優點是原型之間用專用總線連接。其優點是原型CNCCNC幾乎可以不加改動的使用，且數據傳送速度快、幾乎可以不加改動的使用，且數據傳送速度快、系統響應快。

9、其目的是增加數控系統的計算機功系統響應快。其目的是增加數控系統的計算機功能，實現聯網和大規模數據處理。如能，實現聯網和大規模數據處理。如FANUCFANUC公公司的司的150/160/180/210150/160/180/210系統、系統、Siemens840DSiemens840D系統、系統、Num1060Num1060系統、系統、AB9/360AB9/360等數控系統。等數控系統。 （4 4）軟件數控）軟件數控它的它的CNCCNC軟件全部裝在計算機中，而硬件部分軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部僅是計算機與伺服驅動和外部I/OI/O之間的標準化通之間的標準化通用接口

10、。目前由于存在著操作系統的實時性標準統用接口。目前由于存在著操作系統的實時性標準統一性及系統穩定性等問題，這種系統目前正處于探一性及系統穩定性等問題，這種系統目前正處于探求階段，還沒有大規模投入到實際的應用中。目前求階段，還沒有大規模投入到實際的應用中。目前全軟件型全軟件型NCNC的典型產品有美國的典型產品有美國MDSIMDSI公司的公司的Open Open CNCCNC、德國、德國Power AutomationPower Automation公司的公司的PA8000 NTPA8000 NT等。等。 常用的運動控制器主要包括常用的運動控制器主要包括PLCPLC、PC-BasedPC-Base

11、d運動運動控制卡、專用系統和驅動器集成運動控制。控制卡、專用系統和驅動器集成運動控制。 運動控制卡是一種運動控制卡是一種PC-BasedPC-Based的運動控制器，主要的運動控制器，主要廠商包括廠商包括Delta TAU (PMAC)Delta TAU (PMAC)、GALIL (DMC)GALIL (DMC)、BardorBardor、TrioTrio（英國翠歐）、（英國翠歐）、NINI、AdvantechAdvantech、AdlinkAdlink、GoogolGoogol（固高）、雷賽、眾為興、成都步進、摩信等。（固高）、雷賽、眾為興、成都步進、摩信等。PMACPMAC在高端市場表現最

12、好，在高端市場表現最好，GALILGALIL也表現不錯。從也表現不錯。從數量上講，國內的廠商的出貨量更多，但是主要針數量上講，國內的廠商的出貨量更多，但是主要針對低端市場。對低端市場。 （5 5）基于運動控制卡的開放式數控系統）基于運動控制卡的開放式數控系統計算機計算機運動控制器運動控制器基本模塊基本模塊I/O模塊模塊PCI總線總線數控系統數控系統（運動控制器）（運動控制器）伺服伺服驅動器驅動器開關量開關量I/O其它其它I/O伺服輔助控制信號伺服輔助控制信號運動控制運動控制指令指令位置反饋位置反饋伺服電機伺服電機主軸主軸驅動器驅動器2 2基于運動控制器的數控系統（功能概圖）基于運動控制器的數控

13、系統（功能概圖）2 2基于運動控制器的數控系統（基于運動控制器的數控系統（PCIPCI總線）總線）數控裝置數控裝置控制模塊控制模塊管理模塊管理模塊電電機機運運動動控控制制位位置置運運動動控控制制插插補補計計算算刀刀補補計計算算速速度度處處理理G功功能能處處理理監監控控處處理理中中斷斷處處理理PLC處處理理誤誤差差補補償償2 2基于運動控制器的數控系統（軟件系統）基于運動控制器的數控系統（軟件系統）PMAC-Programmable Multi-Axis ControllerPMAC-Programmable Multi-Axis Controller是是可編程多軸運動控制器，也稱運動控制計算機

14、可編程多軸運動控制器，也稱運動控制計算機. .它主要由它主要由MOTOROLA DSP CPUMOTOROLA DSP CPU與與DELTA TAUDELTA TAU公司開公司開發和特制的用戶門列發和特制的用戶門列ICIC組成組成. .主要功能主要功能: :1.1. 控制伺服軸控制伺服軸 2.2. PLC PLC 3.3. 數據采集數據采集2 2PMACPMAC運動控制器運動控制器1 1、PMACPMAC運動控制器結構運動控制器結構 基于基于PC（它本身也是一臺計算機）（它本身也是一臺計算機） 可控制各類電機可控制各類電機步進，交步進，交/直流服，線性電機，液壓伺直流服，線性電機，液壓伺服服.

15、 可接受各類反饋可接受各類反饋增量絕對碼盤，光柵尺，激光干涉儀，增量絕對碼盤，光柵尺，激光干涉儀，電位計，磁致伸縮傳感器，旋轉變壓器等電位計，磁致伸縮傳感器，旋轉變壓器等. 多總線結構多總線結構PC， VME， STP， PCI， 104， MACRO. 一卡可同時控制一卡可同時控制8個軸，可擴展到個軸，可擴展到128個軸連動個軸連動. 后臺后臺PLC可擴展到可擴展到1024點點. 可獨立運行可獨立運行RS-232，422 由主機通過接口或總線發送指令由主機通過接口或總線發送指令 在板在板DPRAM選項選項 在板在板A/D轉換選項轉換選項 32位在板位在板I/O PWM, DAC 輸出模式輸出

16、模式2 2、PMACPMAC的開放式結構的開放式結構3 3、PMACPMAC系列運動控制器系列運動控制器20MHz Motorola DSP 56001系系列數據信號處理器列數據信號處理器8路（數模轉換）路（數模轉換）16位位DAC輸出輸出16個碼盤通道輸入個碼盤通道輸入16個通用個通用I/OI/O擴展端口擴展端口越程極限，回原點，伺服放大越程極限，回原點，伺服放大器報警，使能標志信號接口器報警，使能標志信號接口LCD和和VFD顯示端口顯示端口Bus and/or RS-422通信通信脫機運行脫機運行G-Code 編程（可自定義）編程（可自定義）PMAC 1 PMAC 1 的標準配置的標準配置

17、線性，圓弧，線性，圓弧， 三次軌跡計算，三次軌跡計算，樣條插補樣條插補256個運動程序存儲能力個運動程序存儲能力64個異步個異步PLC程序存運行程序存運行超大程序的實時下載執行功能超大程序的實時下載執行功能64位位置計數范圍位位置計數范圍位置環，速度環，電流環三環位置環，速度環，電流環三環矢量控制能力矢量控制能力曲線加減速控制曲線加減速控制自定義伺服算法能力自定義伺服算法能力電子齒輪電子齒輪先進的先進的PID及擴展伺服算法及擴展伺服算法 一、執行運動程序一、執行運動程序1. PMAC 1. PMAC 在某一時間執行一個運動在某一時間執行一個運動, , 并執行有關運動的所有計算并執行有關運動的所

18、有計算2. PMAC 2. PMAC 總是在實際運動之前總是在實際運動之前, ,正確地調和即將執行的運動正確地調和即將執行的運動二、執行二、執行PLCPLC程序程序1. 1. 以處理器允許的時間盡可能快的掃描以處理器允許的時間盡可能快的掃描PLCPLC程序程序2. PLC2. PLC適用于某些異步于運動程序的運動過程適用于某些異步于運動程序的運動過程三、伺服環更新三、伺服環更新1. 1.對于每一個電機，對于每一個電機， PMACPMAC都以一個固定頻率（都以一個固定頻率（2KH2KH左右）自動對其左右）自動對其進行伺服更新進行伺服更新2. 2. 伺服環根據運動的設計者編寫程序公式，從當前的實際

19、位置和指令伺服環根據運動的設計者編寫程序公式，從當前的實際位置和指令位置增加指令的數值位置增加指令的數值 四、換相更新四、換相更新1. PMAC 1. PMAC 以以9KHZ9KHZ的頻率自動進行換向計算和控制；的頻率自動進行換向計算和控制；2. PMAC 2. PMAC 測量并估算測量并估算 轉子的磁場定向，然后處理電機的相之間的指令轉子的磁場定向，然后處理電機的相之間的指令1 1）PMAC PMAC 的功能的功能五、資源管理五、資源管理1. 1. 常規管理常規管理定期自動執行資源管理功能，以確認誰正常定期自動執行資源管理功能，以確認誰正常2. 2. 報警報警跟隨誤差限制、跟隨誤差限制、 硬

20、件超程限制、軟件超程限制、硬件超程限制、軟件超程限制、 放大器報警放大器報警3. 3. 看門狗的更新看門狗的更新在每個在每個PLCPLC掃描之間掃描之間, PMAC , PMAC 執行上述任務保證自身的正常更新，如果執行上述任務保證自身的正常更新，如果這些功能不能在最小的頻率內檢測，卡上的看門狗將報警這些功能不能在最小的頻率內檢測，卡上的看門狗將報警六、與主機通信六、與主機通信1. 1.隨時與隨時與上位機實時通訊上位機實時通訊，甚至在一個運動序列中間；，甚至在一個運動序列中間；2. 2.將命令放入一個程序緩沖區以便以后執行；將命令放入一個程序緩沖區以便以后執行；3. 3.如果命令非法則將向如果

21、命令非法則將向上位機上位機主機報錯。主機報錯。七、任務優先級七、任務優先級1. 1.任務是按照優先級電路組織起來，使應用程序以最優化、高任務是按照優先級電路組織起來，使應用程序以最優化、高效、效、安安全的運行全的運行2. 2. 優先級是固定的，但是他們的頻率時可以由用戶控制的優先級是固定的，但是他們的頻率時可以由用戶控制的1 1）PMAC PMAC 的功能的功能 1. 1.機床機床-磨床磨床/ /車床車床/ /銑床銑床/ /電加電加工工/ /攻絲攻絲2. 2.檢驗檢驗-半導體半導體/ /機械機械3. 3.噴涂噴涂-混合涂料和噴涂混合涂料和噴涂4. 4.焊接焊接-機械機械/ /半導體半導體5.

22、5. 印刷印刷-快速印刷快速印刷6. 6.張力控制張力控制-織物處理織物處理7. 7. 食品加工食品加工-混合混合/ /分切分切/ /處理處理8. 8. 包裝包裝-塑料塑料/ /食品食品9. 9. 材料處理材料處理-半導體貼片加工半導體貼片加工10. 10. 車輛控制車輛控制-汽車汽車/ /電車電車/ /叉車叉車11.11. 攝像控制攝像控制-遠距離控制遠距離控制12.12. 機器人機器人-3-3到到 6 6軸抓舉和搬軸抓舉和搬運運13.13. 通用自動化通用自動化-輸運帶輸運帶/ /同步同步控制控制2 2）PMAC PMAC 的應用領域的應用領域AmplifierMotorPMACA B C

23、interfaceABCEnc.HallsSoftware InterfaceMachine I/O工業現場總線驅動受控機械對象功率放大3 3）PMAC PMAC 的典型開放式應用的典型開放式應用 硬件硬件軟件設置及定義軟件設置及定義系統編程系統編程接線判斷連接M變量內存圖 定義坐標系設計程序結構編寫和調試程序4 4）PMAC PMAC 的應用系統建立的應用系統建立5 5）PMAC PMAC 的指令的指令w 初始化和變量設置初始化和變量設置w 提前定義其含義提前定義其含義 w 有的影響卡的全局有的影響卡的全局w 有的是電機的定義有的是電機的定義w 有的是坐標系的定義有的是坐標系的定義w 有的是

24、編碼器的定義有的是編碼器的定義1. I-變量變量 (1024)w 用戶定義的變量用戶定義的變量w 48-bit 浮點格式浮點格式w 全局存取全局存取 (與坐標系無關與坐標系無關)2. P-變量變量(1024)6 6）受控制電機的運動方式）受控制電機的運動方式VTIx21=0Ix20Ix20Ix20 加速時間 (Jog, Home)Ix21 S-曲線加速時間 (Jog, Home)Ix20 加速時間 (Jog, Home)Ix21 S-曲線加速時間 (Jog, Home)VTIx20 2 * Ix21Ix21Ix21Ix20Ix21Ix216 6）受控制電機的運動方式）受控制電機的運動方式7 7

25、）通過設置）通過設置 I I變量可以控制以下典型變量可以控制以下典型 P.I.D P.I.D 伺服環伺服環Following Error跟隨誤差Commanded Position指令位置ActualPosition實際位置=-P (proportional gain比例增益) Ix30 Spring剛性，剛度I (integral gain積分增益)Ix33D (derivative gain微分增益) Ix31 Shock Absorber 減震，吸收DAC16BitPIDServoAlgorithmErrorCommandActual PositionDigital Number 327

26、67 DAC BitsAMP 10VMEncPosition+-ImportantSetupI-VariablesSETUPPROGRAMFUNCTIONI-VARIABLESCONFIGUREDCommunications VariablesI3, I4, I9Motor ActivatedI100Flags & Modes VariableI125DAC ConfigurationI102, I169Position Encoder ConfigurationI103, I900DAC TrimmingI129Velocity Encoder ConfigurationI104Encode

27、r Relative ScalingI109Preliminary Tuning VariablesI111,I112,I169I130,I131,I132Jogging Setup VariablesI119,I120I121,I122Position Capture ConfigurationI902,I903Homing Setup VariablesI123,I1268 8）重要）重要P P變量及其功能變量及其功能P P變量是用戶全局變量，可用于變量是用戶全局變量，可用于PMACPMAC編程中的計算編程中的計算w 48位浮點形式w 1024 P變量從 P0 to P1023可用于可用于

28、: :1. 1.計算計算 P100=P101P100=P101* *(sin(45)(sin(45)2. 2. 軟件觸發軟件觸發 IF( M1!= 1 AND P10 = 0) IF( M1!= 1 AND P10 = 0) 利用利用P P變量及變量及DSPDSP進行大量運算進行大量運算OPEN PROG 1 CLEARWHILE(1=1) IF(P10) P2=SIN(P1)+COS(P1) p3=2 IF(P13) P2=SIN(P1)+COS(P1) P3=2 w w w w IF(P199) P2=SIN(P1)+COS(P1) p3=99 ENDIF w w w w ENDIF EN

29、DIF X2000 P1=P1+1ENDWHILECLOSE8 8）用戶定義坐標系）用戶定義坐標系 允許定義的軸允許定義的軸: X,Y,Z,U,V,W,A,B,C X,Y,Z: 傳統上的主要直線軸傳統上的主要直線軸 U,V,W: 傳統上的第二直線軸傳統上的第二直線軸 A,B,C: 傳統的旋轉軸傳統的旋轉軸u(A 圍繞 X, B 圍繞 Y, C 圍繞 Z)u位置翻轉 (Ix27)將電機和坐標軸綁定#1-X#2-Y#3-Zu笛卡爾坐標軸可以是直線軸電機的組合:#1 - A11X + A12Y + A13Z + B1#2 - A21X + A22Y + A23Z + B2#3 - A31X + A3

30、2Y + A33Z + B3這樣允許坐標系旋轉和平移，可推廣到更多軸的方式9 9）編寫）編寫PMACPMAC運動程序運動程序n運動指令運動指令X1000 Y2000 Z3000U(P1*3.14159) V(20*SIN(Q6)DWELL, DELAYn模態指令模態指令ABS, INC, FRAX, NORMALLINEAR, RAPID, CIRCLEn, SPLINEn, PVTTA, TS, TM, Fn變量賦值變量賦值variable = expressionn邏輯控制表達式邏輯控制表達式N, O, GOTO, GOSUB, CALL, RETURNG, M, T, D (specia

31、l CALL statements)IF, ELSE, ENDIF, WHILE, ENDWHILEn輔助表達式輔助表達式 COMMAND, SEND, DISPLAYENABLE PLC, DISABLE PLCnLogic Operators邏輯操作符邏輯操作符 &(bit by bit AND)|(bit by bit OR)(bit by bit Exclusive OR) Comparators比較符比較符= (equal to)!=(not equal to)(greater than)!(not greater than; less than or equal to)axis s

32、calingaxis；綁定電機于坐標系OPEN PROG n CLEAR；打開（新建）一個程序 電機運動命令及數學運算，邏輯判斷CLOSE；程序結束從內存中刪除一個程序從內存中刪除一個程序OPEN PROGn CLEARCLOSE9 9）編寫）編寫PMACPMAC運動程序運動程序Example:* Set-up and Definitions *DEL GAT; Erase any defined gather buffer&1; Coordinate System 1CLOSE; Make sure all buffers are closed#1-X; Assign motor 1 to

33、the X-axis - 1 program unit; of X is 1 encoder count of motor #1* Motion Program Text *OPEN PROG 1; Open buffer for program entry, Program #1CLEAR; Erase existing contents of bufferLINEAR; Blended linear interpolation move modeABS; Absolute mode - moves specified by positionTA500; Set 1/2 sec (500 m

34、sec) acceleration timeTS0; Set no S-curve acceleration timeF5000; Set feedrate (speed) of 5000 units(cts)/secX10000; Move X-axis to position 10000DWELL500 ; Stay in position for 1/2 sec (500 msec)X0; Move X-axis to position 0CLOSE; Close buffer - end of programTo run this program:&1 B1 R; Coord. Sys

35、tem 1, point to Beginning of Program 1, Run9 9）編寫）編寫PMACPMAC運動程序運動程序1010）PMACPMAC運動程序執行運動程序執行PMACPMAC程序的運行模式程序的運行模式: :u在線命令方式執行在線命令方式執行PMACPMAC運動指令運動指令( (命令行方式命令行方式) )u下載到下載到PMACPMAC緩沖區內緩沖區內, ,再發送運行命令方式再發送運行命令方式開始一個程序開始一個程序u指向一個坐標系，用在線指令: &nu用在線指令指向程序: Bnu用在線指令運行: R or 停止程序停止程序u用在線指令指向坐標系: &nu用在線指令:

36、 Q, S, A, or , , , CNC的任務通常可分為兩大類： 。管理任務主要承擔系統資源管理和系統各子任務的調度，負責系統的程序管理、顯示、診斷等子任務；控制任務主要完成CNC的基本功能：譯碼、刀具補償、速度預處理、插補運算、位置控制等任務。CNC裝置在工作中這些任務不是順序執行的，而往往需要多任務并行處理。 如：如：1111）實時操作系統）實時操作系統管理任務和控制任務a) CNCa) CNC的操作系統的操作系統(1)當機床正在加工時(執行控制任務)，要實時顯示加工狀態(管理任務)。這是控制任務與管理的并行；(3)在控制任務中更是如此，為了保證加工的連續性，刀具補償、速度處理、插補運

37、算以及位置控制必須同時不間斷執行。(2)在管理任務中也是如此，當用戶將程序送人系統時，需要實時顯示輸入的內容； 一般地，CNC裝置通常采用循環調度和優先搶占調度相結合的方法來解決上述問題的。 假定某CNC裝置軟件將其功能僅分為三個任務：位置控制、插補運算和背景程序。位置控制優先級最高，插補運算其次，背景程序相對最低。系統規定：位置控制任務每4ms執行一次，插補運算8ms執行一次，則兩個任務都由定時中斷激活。當位置控制和插補運算都不執行時便執行背景程序，正因為如此才稱其為“背景”程序。系統的運作是：在完成初始化后，自動進入背景程序，在背景程序中采用循環調度的方式，輪流反復地執行各個子任務。優先級

38、高的任務(如位置控制或插補運算任務)可以隨時中斷背景程序的運行。同樣位置控制也可中斷插補運算的運行。初始化初始化顯示顯示譯碼譯碼刀補刀補I/OI/O循環調度優先搶占調度b) Windows OS b) Windows OS 的限制的限制l非實時非實時 (非決策非決策)l應用程序不能進入應用程序不能進入I/O層面層面l有時驅動不穩定有時驅動不穩定 (不適用于工業使用不適用于工業使用) 雖然real-time與快速反應看似相同但不同。其區別在于固定的時間之內是否可能一定完成被預定的處理。雖然,經過使用高速CPU,OS的輪轉時間(反應速度)被改善,它卻不一定意味著它接近real-time控制。rea

39、l-time是在固定的時間之內,所有的100個任務可完成100次.如果它能完成99次,但1次沒完,它不能叫作real-time。 實際上,既使在低速CPU上,real-time控制仍可實現,因此OS結構比CPU速度更重要。 c) INtimec) INtime的結構的結構Pentium級級Windows執行執行Windows內核內核Windows硬件抽像化硬件抽像化層層Win32程序程序Win32APIsWindows硬件任務硬件任務實時內核實時內核實時硬件任務實時硬件任務實時優先級實時優先級NT優先級優先級最高級最高級最低級最低級最高級最高級最低級最低級實時程序實時程序INtimeAPIs用

40、戶模式用戶模式-ring3內核模式內核模式-ring0d) PMACd) PMAC的任務調度的任務調度PMAC TasksPMAC Tasks As an example, a 40 MHz PMAC could perform the As an example, a 40 MHz PMAC could perform the following tasks with the estimated percentage of following tasks with the estimated percentage of the total computational power as ind

41、icated:the total computational power as indicated:PLCPLCPLCPLC主機命令響應主機命令響應安全檢測安全檢測/ /看門狗看門狗主機命令響應主機命令響應安全檢測安全檢測/ /看門狗看門狗1818軸運動規劃軸運動規劃1818軸伺服更新軸伺服更新1818軸電流換向軸電流換向低優先級低優先級高優先級高優先級1 1、總線的分類與層次、總線的分類與層次 1) 1) 系統總線：是微處理器芯片對外引線信號的延伸或映系統總線：是微處理器芯片對外引線信號的延伸或映射，是微處理器與片外存儲器及射，是微處理器與片外存儲器及I/0I/0接口傳輸信息的通接口傳輸信息

42、的通路。系統總線信號按功能可分為三類：路。系統總線信號按功能可分為三類： 地址總線（地址總線（WhereWhere）：指出數據的來源與去向。地址總）：指出數據的來源與去向。地址總線的位數決定了存儲空間的大小。線的位數決定了存儲空間的大小。 數據總線（數據總線（WhatWhat）提供模塊間傳輸數據的路徑，數據）提供模塊間傳輸數據的路徑，數據總線的位數決定微處理器結構的復雜度及總體性能。總線的位數決定微處理器結構的復雜度及總體性能。 控制總線（控制總線（WhenWhen）：提供系統操作所必需的控制信號，）：提供系統操作所必需的控制信號，對操作過程進行控制與定時。對操作過程進行控制與定時。5.3.1

43、 PC機與運動控制卡的信息交換5.35.3 PCIPCI運動控制卡設計運動控制卡設計MPURAMRAMROMROMI/OI/O接口接口外設外設ABDBCB地址總線地址總線ABAB、數據總線、數據總線DBDB、控制總線、控制總線CBCB 2) 2) 擴充總線：亦稱設備總線，用于系統擴充總線：亦稱設備總線，用于系統I/OI/O擴充。與系統總線擴充。與系統總線工作頻率不同，經接口電路對系統總統信號緩沖、變換、隔工作頻率不同，經接口電路對系統總統信號緩沖、變換、隔離，進行不同層次的操作（離，進行不同層次的操作（ISAISA、EISAEISA、MCA)MCA) 3) 3) 局部總線：擴充總線不能滿足高性

44、能設備（圖形、視頻、局部總線：擴充總線不能滿足高性能設備（圖形、視頻、網絡）接口的要求，在系統總線與擴充總線之間插入一層總網絡）接口的要求，在系統總線與擴充總線之間插入一層總線。由于它經橋接器與系統總線直接相連，因此稱之為局部線。由于它經橋接器與系統總線直接相連，因此稱之為局部總線（總線（PCIPCI）。）。2 2、PCIPCI總線主要性能總線主要性能 總線時鐘頻率：總線時鐘頻率：33.3MHz/66MHz33.3MHz/66MHz 帶寬：帶寬： 時鐘頻率時鐘頻率33.3MHz33.3MHz 位寬位寬3232位時為位時為133MB/s133MB/s，位寬，位寬6464位時為位時為266MB/s

45、266MB/s 時鐘頻率時鐘頻率66MHz66MHz 位寬位寬3232位時位時 為為266MB/s266MB/s，位寬，位寬6464位時為位時為532MB/s532MB/s 總線寬度：總線寬度：3232位（位（5V5V）/64/64位（位（3.3V3.3V） 時鐘同步方式時鐘同步方式 獨立于處理器與獨立于處理器與CPUCPU及時鐘頻率無關及時鐘頻率無關 支持突發式讀寫方式，提供首地址即可順序讀寫數據。支持突發式讀寫方式，提供首地址即可順序讀寫數據。 支持并發操作，支持并發操作，CPUCPU和和PCIPCI可并行工作。可并行工作。PCIPCI控制器能自動執行數據控制器能自動執行數據緩沖區到外設的

46、傳輸，無須緩沖區到外設的傳輸，無須CPUCPU干預。干預。 支持總線主控技術。允許主控部件（智能設備或多處理器中任一處支持總線主控技術。允許主控部件（智能設備或多處理器中任一處理器）取得總線控制權，加速數據傳輸。理器）取得總線控制權，加速數據傳輸。 具有自動配置功能，支持即插即用。具有自動配置功能，支持即插即用。 3 3、PCIPCI總線的引腳總線的引腳 PCI PCI總線支持總線支持3232位和位和6464位接口卡，位接口卡，6464位卡有位卡有9494個接個接插點，插點，3232位卡僅有接插點位卡僅有接插點162162 -| PCI Component Side (side B) | |

47、| optional | _ mandatory 32-bit pins 64-bit pins _|_| |-|-| b01 b11 b14 b49 b52 b62 b63 b94PCIPCI總線引線示意圖總線引線示意圖“# #”：表示低電平有效，否則為高電平有效：表示低電平有效，否則為高電平有效系統信號系統信號CLK:CLK:系統系統時鐘信號時鐘信號。為所有處理提供定時，。為所有處理提供定時，在時鐘的上在時鐘的上升沿采樣總線上各信號線的信號升沿采樣總線上各信號線的信號。 CLKCLK的頻率稱為的頻率稱為PCIPCI總線總線的工作頻率的工作頻率，為，為33MHz33MHz。 RST # :R

48、ST # :復位信號復位信號。用來使。用來使PCIPCI所有的所有的特殊寄存器、定序器特殊寄存器、定序器和信號恢復初始狀態。和信號恢復初始狀態。地址和數據信號地址和數據信號 AD31AD31: :00 :00 地址和數據共用地址和數據共用相同的相同的PCIPCI引腳。引腳。FRAME#FRAME#有有效時是地址期，效時是地址期，IRDY#IRDY#與與TRDY#TRDY#同時有效時是數據期同時有效時是數據期。一個。一個PCIPCI總線傳輸事務總線傳輸事務包含了一個地址信號期和接著的一個包含了一個地址信號期和接著的一個( (或多或多個個) )數據期數據期。C/BE3:0 C/BE3:0 總線命令

49、和字節使能多路復用信號。總線命令和字節使能多路復用信號。在地址期在地址期, ,定義總線命令定義總線命令; ;在數據期在數據期, ,用作字節使能用作字節使能。 PAR PAR 奇偶校驗信號。它通過奇偶校驗信號。它通過 AD31:00 AD31:00 和和C/BE3:0C/BE3:0進行進行奇偶校驗。奇偶校驗。接口控制信號接口控制信號 FRAME#:FRAME#:當一個主控設備請求總線時，當一個主控設備請求總線時，采樣采樣FRAME#FRAME#、IRDY#IRDY#，若均，若均為無效電平，并且同一時鐘的為無效電平，并且同一時鐘的上升沿上升沿GNT#GNT#為有效電平，就認定以獲得總線為有效電平，

50、就認定以獲得總線控制權。在主控設備發起傳輸時，將控制權。在主控設備發起傳輸時，將FRAME#FRAME#驅動為有效電平驅動為有效電平，并，并一直保持一直保持，直到開始傳輸最后一個數據時將直到開始傳輸最后一個數據時將FRAME#FRAME#驅動為無效電平。驅動為無效電平。IRDY# :IRDY# :主設備準備好信號主設備準備好信號。當與當與TRDY# TRDY# 同時有效時同時有效時, ,數據能完整傳輸數據能完整傳輸。在寫周期在寫周期,IRDY# ,IRDY# 指出數據已在指出數據已在AD31:00AD31:00上上; ;在讀周期在讀周期,IRDY#,IRDY#指示主控器準指示主控器準備接收數據

51、。備接收數據。 TRDY# :TRDY# :從設備準備好信號從設備準備好信號。預示從設備準備完成當前的數據傳輸。在。預示從設備準備完成當前的數據傳輸。在讀周期讀周期,TRDY#,TRDY#指示數據變量已在指示數據變量已在AD31:0AD31:0中中; ;在寫周期在寫周期, ,指示從設備準備好接指示從設備準備好接收數據。收數據。 STOP# :STOP# :從設備從設備要求主設備停止要求主設備停止當前數據傳送。當前數據傳送。 LOCK# :LOCK# :鎖定信號。用于鎖定目標存儲器地址。鎖定信號。用于鎖定目標存儲器地址。 IDSEL: IDSEL: 初始化設備選擇。在參數配置讀寫傳輸期間初始化設

52、備選擇。在參數配置讀寫傳輸期間, ,用作設備配置寄存用作設備配置寄存器的片選信號。器的片選信號。 DEVSELDEVSEL # # : :設備選擇信號。該信號有效時設備選擇信號。該信號有效時, , 表明總線上某設備被選中表明總線上某設備被選中。 仲裁信號仲裁信號 REQ# :REQ# :總線占用請求信號。任何主控器都有它自己的總線占用請求信號。任何主控器都有它自己的REQ#REQ#信號。信號。 GNT# :GNT# :總線占用允許信號總線占用允許信號, ,指明總線占用請求已被響應。指明總線占用請求已被響應。任何主設備都有自己的任何主設備都有自己的GNT#GNT#。 F總線命令總線命令 總線命令

53、在總線命令在地址期地址期 C/BE3:0#C/BE3:0#線有效時被譯碼，線有效時被譯碼，表明事務的類型表明事務的類型0000 0000 中斷確認中斷確認 中斷識別命令中斷識別命令 0001 0001 特殊周期特殊周期 提供在提供在PCIPCI上的簡單廣播機制上的簡單廣播機制 0010 I/O0010 I/O讀讀 從從I/OI/O口地址中讀數據口地址中讀數據 0011 I/O0011 I/O寫寫 向向I/OI/O地址空間寫數據地址空間寫數據0110 0110 存儲器讀存儲器讀 從內存空間中讀出數據從內存空間中讀出數據 0111 0111 存儲器寫存儲器寫 向內存空間寫入數據向內存空間寫入數據

54、1100 1100 多重存儲器讀多重存儲器讀 只要只要FRAME#FRAME#有效有效, ,就應保持存儲器管道連續就應保持存儲器管道連續, , 以便以便大量傳輸數據大量傳輸數據 F數據傳輸數據傳輸MasterMaster置置REQ#REQ#仲裁器許可（仲裁器許可（GNTGNT# #）FRAME#, ADFRAME#, AD放放slaveslave地址，地址，C/BE#C/BE#放命令信號放命令信號地址譯碼，地址譯碼，slaveslave置置DEVSELDEVSEL# #IRDYIRDY# #，TRDY#TRDY#ADAD放數據放數據mastermaster只剩最后一組數據時將只剩最后一組數據時

55、將FRAMEFRAME# #置高置高放開放開IRDYIRDY# #釋放總線控制權釋放總線控制權F數據傳輸數據傳輸數據傳輸由啟動方（主控）和目標方（從控）共同完成數據傳輸由啟動方（主控）和目標方（從控）共同完成所有事件在所有事件在時鐘下降沿同步時鐘下降沿同步，在，在時鐘上升沿對信號線采樣時鐘上升沿對信號線采樣系統時鐘系統時鐘標志傳輸開始與結束標志傳輸開始與結束地址地址/ /數據復用總線數據復用總線命令命令/ /字節使能信號字節使能信號mastermaster可以傳輸數據標志可以傳輸數據標志slaveslave可以傳輸數據標志可以傳輸數據標志slaveslave發現自己被尋址時置低應答發現自己被尋

56、址時置低應答# #a. a. 總線主控設備獲得總線控制權后，將總線主控設備獲得總線控制權后，將FRAME#FRAME#驅動至有驅動至有效電平，開始此次傳輸。同時啟動方將效電平，開始此次傳輸。同時啟動方將目標設備的地址目標設備的地址放放在在ADAD總線總線上，上，命令命令放在放在C/BE#C/BE#線上。線上。b. b. 目標設備從地址總線上目標設備從地址總線上識別識別出。出。c. c. 啟動方停止啟動啟動方停止啟動ADAD總線，同時改變總線，同時改變C/BE#C/BE#線上的信號，線上的信號，并驅動并驅動IRDY#IRDY#至有效電平，表示已作好至有效電平，表示已作好接收數據的準備接收數據的準

57、備。系統時鐘系統時鐘標志傳輸開始與結束標志傳輸開始與結束地址地址/ /數據復用總線數據復用總線命令命令/ /字節使能信號字節使能信號mastermaster可以傳輸數據標志可以傳輸數據標志slaveslave可以傳輸數據標志可以傳輸數據標志slaveslave發現自己被尋址時置低應答發現自己被尋址時置低應答# #d. d. 目標設備將目標設備將DEVSEL#DEVSEL#驅動至有效電平，將驅動至有效電平，將被請求的被請求的數據數據放在放在ADAD總線總線上，并將上，并將TRDY#TRDY#至有效電平至有效電平, ,表示總線表示總線上的數據有效。上的數據有效。e. e. 啟動方啟動方讀數據讀數據

58、。f. f. 目標設備未準備好傳送目標設備未準備好傳送第二個數據塊，因此將第二個數據塊，因此將TRDY#TRDY#驅動驅動至無效電平。至無效電平。系統時鐘系統時鐘標志傳輸開始與結束標志傳輸開始與結束地址地址/ /數據復用總線數據復用總線命令命令/ /字節使能信號字節使能信號mastermaster可以傳輸數據標志可以傳輸數據標志slaveslave可以傳輸數據標志可以傳輸數據標志slaveslave發現自己被尋址時置低應答發現自己被尋址時置低應答# #g. g. 第第6 6個時鐘，目標方已將第三個個時鐘，目標方已將第三個數據塊放到數據總線上，數據塊放到數據總線上，但但啟動方未準備好啟動方未準備

59、好，故因此將，故因此將IRDY#IRDY#驅動驅動至無效電平。至無效電平。i. i. 啟動方知道啟動方知道第三個第三個數據塊是要傳輸的數據塊是要傳輸的最后一個最后一個，將，將FRAME#FRAME#驅動驅動至無效電平，停止目標方，同時將至無效電平，停止目標方，同時將IRDY#IRDY#驅驅動動至有效電平，完成接收。至有效電平，完成接收。j. j.啟動方將啟動方將IRDY#IRDY#驅動驅動至無效電平，總線回到空閑狀態。至無效電平，總線回到空閑狀態。系統時鐘系統時鐘標志傳輸開始與結束標志傳輸開始與結束地址地址/ /數據復用總線數據復用總線命令命令/ /字節使能信號字節使能信號mastermast

60、er可以傳輸數據標志可以傳輸數據標志slaveslave可以傳輸數據標志可以傳輸數據標志slaveslave發現自己被尋址時置低應答發現自己被尋址時置低應答# #4 4、雙口、雙口RAMRAM：快速雙向數據交換通道：快速雙向數據交換通道 要實現要實現PCPC機和運動控制卡之間的數據傳送，必須在機和運動控制卡之間的數據傳送，必須在PCPC機和運動控制卡之間建立起雙向的數據交換通道，雙口機和運動控制卡之間建立起雙向的數據交換通道，雙口RAMRAM是一種性能優良的是一種性能優良的快速通信器件，適用于多快速通信器件，適用于多CPUCPU分布分布式系統及高速數字系統的場合式系統及高速數字系統的場合。它提