基于MCU和DSP的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)境適應(yīng)性好而有良好的發(fā)展前景。由于PC機(jī)與MCU和DSP資源環(huán)境差異較大， 進(jìn)行MCU和DSP環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究十分必要。
　　基于MCU和DSP的運(yùn)動(dòng)控制研究硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)遵從運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)放式、可重構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向， 選用主流的MCU及DSP芯片S3C2410A和TMS320F2812， 適應(yīng)信息網(wǎng)、控制網(wǎng)和伺服網(wǎng)（接口） 網(wǎng)絡(luò)化需求， 采用雙層、組合式模式， 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)實(shí)用可靠的硬件環(huán)境。它可以進(jìn)行單CPU、并行雙CPU和層次化多CPU的運(yùn)動(dòng)控制算法和系統(tǒng)支撐軟件的研究。
　　引言
　　開(kāi)放式控制器體系結(jié)構(gòu)源于“開(kāi)放式”的PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)） 技術(shù)， 目前的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器多為PC+運(yùn)動(dòng)控制卡結(jié)構(gòu)， 隨著MCU（微控制器） 和DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）性能的增強(qiáng)， MUC和DSP取代PC的趨勢(shì)日趨明顯， 而這種嵌入式的緊湊結(jié)構(gòu)較PC有更廣泛的環(huán)境適應(yīng)性。MCU、DSP和PC差異較大， PC環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)不可能直接向MCU和DSP系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移， 基于MCU和DSP硬件平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究十分必要。
　　設(shè)計(jì)目標(biāo)與需求分析
　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展方向
　　在開(kāi)放式控制器技術(shù)的推動(dòng)下， 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由傳統(tǒng)的封閉式結(jié)構(gòu)朝著開(kāi)放、可重構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。按照《開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)第1 部分： 總則》（GB/T18759.1- 2002） 的定義， 開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有三個(gè)層次的開(kāi)放， 第一層， 系統(tǒng)功能可配置， 人機(jī)界面、伺服驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)控制接口、邏輯控制單元接口均開(kāi)放; 第二層， 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和應(yīng)用軟件接口開(kāi)放， 第三方的應(yīng)用軟件能在系統(tǒng)中安裝運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)互操作性， 且第三方的軟件模塊可以在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變的情況下對(duì)本系統(tǒng)軟件模塊置換和擴(kuò)展; 第三層， 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)。國(guó)標(biāo)GB/T 18759.1- 2002 尚未公布可重構(gòu)的詳細(xì)內(nèi)容。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)核心組件， 其技術(shù)發(fā)展方向和開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)類(lèi)似。現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制器聯(lián)通信息網(wǎng)、邏輯控制網(wǎng)和伺服控制網(wǎng)（接口） 三種網(wǎng)絡(luò)。
　　在MCU 和DSP 環(huán)境中運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究課題
　　和PC相比， MCU和DSP采用了哈佛結(jié)構(gòu)， 流水線技術(shù)， 超長(zhǎng)指令字， 加乘器等提高CPU速度， 并在片上擴(kuò)展了控制用前向和后向通道外設(shè)及通信接口， 在這種環(huán)境下， 實(shí)現(xiàn)開(kāi)放、可重構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制功能， 下列研究是必要的：
　?、袤w系結(jié)構(gòu)的研究， 以多CPU方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制;
　?、?a target='_blank' class='arckwlink_none'>嵌入式系統(tǒng)中實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的研究， 解決MCU和DSP控制器系統(tǒng)軟件問(wèn)題;
　?、跰CU和DSP環(huán)境中運(yùn)動(dòng)控制算法的研究， 解決少資源情況下， 復(fù)雜控制算法的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題;
　　④軟件模塊管理與剪裁技術(shù)的研究， 解決通用技術(shù)方案的應(yīng)用針對(duì)性問(wèn)題;
　?、?a target='_blank' class='arckwlink_none'>網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的研究：解決伺服通信網(wǎng)、邏輯控制網(wǎng)和信息網(wǎng)通信問(wèn)題。
　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)與結(jié)構(gòu)要求
　　基于MCU和DSP的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為上述研究課題提供硬件系統(tǒng)環(huán)境， 以MCU或DSP為核心的商品化運(yùn)動(dòng)控制器并不少見(jiàn)，但它們只對(duì)用戶提供運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)的接口， 并不是完全意義上的開(kāi)放， 必須開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)控制器的硬件研究平臺(tái)， 并滿足下列要求：
　?、兕?lèi)型與結(jié)構(gòu)化模式要求：CPU選型應(yīng)是主流的MCU和DSP芯片，結(jié)構(gòu)體系采用單CPU，雙CPU流水線模式和層次化結(jié)構(gòu)， CPU可以獨(dú)立工作， 可以組成流水線模式工作。也可以采用兩層結(jié)構(gòu)，上下層分別處理不同實(shí)時(shí)要求的任務(wù)。
　?、陂_(kāi)放性要求：各CPU單元配置計(jì)算機(jī)通信接口， 如RS232、PCI、CAN、USB 等， 可以方便地實(shí)現(xiàn)硬件互聯(lián)。
　?、劬W(wǎng)絡(luò)化要求：配有伺服單元接口、現(xiàn)場(chǎng)總線接口和以太網(wǎng)接口。
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示：