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数控机床是高新技术产业不可缺少的基础装备,尤其是随着科技的进步,对复杂零件的加工精度和效率的要求日益提高。为了满足科技发展的需要,数控技术也在向开放式的方向发展。对嵌入式数控系统的研究也逐渐成为数控技术发展的趋势。
本文在湖北省科技攻关项目(2007AA101C19)的资助下,经过深入的分析和研究,提出了嵌入式技术与运动控制器相结合的数控系统平台设计方案,Linux操作系统开源性和可移植性强的特点,大大降低了数控系统开发成本和难度,顺应数控系统向嵌入式方向发展的趋势。
本文研究开发了基于Linux的嵌入式数控系统平台,主要对以下几个方面的内容进行了研究,并取得一定成果。
1.本文首先在分析和研究数控系统的国内外研究现状和发展趋势的基础上,根据数控系统需求分析,选择了ARM+运动控制器的总体设计方案。
2.设计实现了基于Linux的数控系统软件平台。深入研究了嵌入式系统通用引导程序U-boot的特点,Linux内核的裁剪和定制以及cramfs+yaffs文件系统的制作过程。完成了U-Boot1.3.4和Linux2.6.22内核在S3C2410硬件平台的移植,利用Busybox1.13.4完成了根文件系统制作,为数控系统提供了操作系统平台支持。
3.实现了基于Linux的关键设备驱动程序的开发。研究了Linux下设备驱动程序的实现机制和实现原理,在此基础上,提出了Linux下驱动程序开发的基本方法。结合硬件电路设计和接口定义,完成了Linux下字符设备驱动程序的开发,包括运动控制芯片MCX314驱动程序的实现,以及SHARP8寸液晶驱动程序的设计和触摸屏驱动的移植。
4.采用Qt技术开发了数控系统操作界面。该界面实现了数控代码编辑、加工参数设置、加工状态信息显示及加工仿真功能。
5.完成了代码解释模块和MCX314接口程序的设计。完成了G代码解释程序的设计,能够完成标准G代码语法分析和逻辑判断;完成了MCX314接口程序设计,提供了部分接口函数库,并进一步完成了驱动程序测试和加工仿真测试。最后对测试结果进行了分析。
本文的研究成果为嵌入式数控技术提出了低成本、高可靠性的解决方案,为以嵌入式Linux系统为软件平台的数控系统的研究拓宽了思路,尤其是在Linux系统平台搭建、驱动程序开发以及嵌入式应用开发等方面所取得的成果,它将对提高我国数控系统的研发速度和开发出拥有自主知识产权的产品起到积极作用。