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目前,现有的机床与外界通信大多采用比较简单的RS232串行口,这种通信方式的缺点在于通信距离受限、抗干扰能力差、速度慢,无法满足远程控制的需求。一方面嵌入式系统以其功能强、速度快、成本低、功耗低等优异的性能成为各种智能设备领域的首选解决方案。另一方面,以太网由于协议简单、完全开放、稳定性好、可靠性高等特点显示出独特的优势。因此将嵌入式系统和以太网应用在数控机床上成为目前机床制造业的发展趋势。
本课题的目标是设计一种硬件控制平台。该平台通过以太网与远端计算机相连,在远程计算机上通过该平台对机床进行控制管理,同时该平台也能单独实现对机床的控制。本课题是航天707所合作项目《基于以太网的远程数控系统设计》,通过查阅大量相关资料,提出了基于A删的嵌入式硬件控制平台的设计方案,并根据硬件平台选择了uClinux为嵌入式系统软件平台,完成了大部分的硬件电路设计与调试、uClinux内核的修改和移植,最终实现了简易的以太网远程控制。
本文主要是基于ARM的硬件控制平台的设计和调试、uClinux内核的修改和移植以及所实现的应用部分。本论文共分为六章。
第一章:绪论。介绍了课题的研究背景、远程控制技术的国内外研究现状、发展趋势、以太网的特点。在本章最后给出了本课题研究的内容和章节安排。
第二章:嵌入式概述。介绍了嵌入式处理器和嵌入式操作系统的基本情况,对嵌入式系统平台进行选型并给出了具体的硬件选型和操作系统。
第三章:硬件电路具体实现部分。本章是本文的一个重点和难点。给出了硬件平台的总体设计框架,并对已完成的硬件模块进行了较为详细的介绍,主要包括:S3C44BOX的核心模块、JTAG调试模块、存储器模块、串口通信模块、以太网通信模块。讨论了PCB板设计的技巧和原则,给出了电源、晶振、复位、JTAG、SDRAM、FLASH的调试方法。
第四章:软件设计部分。本章也是全文的一个重点。在理解Bootloader概念的基础上,详细讨论并设计了适合本系统的Bootloader,并列举了一些Bootloader设计应该注意的关键问题,同时详细描述了uClinux的内核裁剪移植的步骤。在本章节最后给了部分串口和网口的设计细节。
第五章:应用部分。将该设计应用于远程数控系统,给出了应用结构框架,实现了硬件控制平台与数控机床的通信,实现了硬件平台与远端PC的网络通信。
第六章:总结与展望。介绍了本文完成的主要内容,同时也指出了系统设计的不足和需要改进的地方,并介绍了未来工作的研究方向。