【摘 要】
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随着智能制造和工业自动化进程推进,工业应用对机器人提出了越来越高的要求,特别是在多轴同步、高集成度、高可靠性等方面。系统驱控组件的集成化设计是目前机器人研究热点之一,同时,系统驱控组件的性能也是实现机器人功能与性能的基础。随着电子技术的不断发展,出现了适用于集成式驱控平台设计的多核处理器芯片。本课题结合当前发展趋势,设计一种基于多核SoC的多轴运动控制平台,用于实现机器人系统的实时控制和多轴同步控
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随着智能制造和工业自动化进程推进,工业应用对机器人提出了越来越高的要求,特别是在多轴同步、高集成度、高可靠性等方面。系统驱控组件的集成化设计是目前机器人研究热点之一,同时,系统驱控组件的性能也是实现机器人功能与性能的基础。随着电子技术的不断发展,出现了适用于集成式驱控平台设计的多核处理器芯片。本课题结合当前发展趋势,设计一种基于多核SoC的多轴运动控制平台,用于实现机器人系统的实时控制和多轴同步控制功能。基于多轴运动控制平台的实时通信和同步控制需求,采用Xilinx Zynq 7020 SoC作为核心处理器,设计了双核SoC多轴运动控制平台的总体架构。结合多轴运动控制系统与接口特征,完成了SoC运动控制平台的硬件设计,主要包括SoC最小系统和Ethernet、USB、UART等主流通信接口设计。采用了AXI4-Lite协议接口,实现了SoC内部单元的高速互联。针对AMP系统架构下双核对共享资源的互斥访问要求,提出了SoC系统共享资源的分配策略。针对多轴运动的同步控制要求,完成了SoC系统下处理单元间通信的时序设计。基于运动控制的功能完整性需求,设计了Linux+Xenomai实时操作系统和伺服裸机系统组成的SOC双核系统。在Linux系统下,完成了平台通信设备的驱动移植。基于双核间多任务通信需求,采用共享内存OCM作为通信媒介,提出了OCM的管理方法。基于双核间数据访问的互斥性与通信数据的多样性需求,设计了核间信号量和数据消息邮箱。最后,设计了核间通信的数据链路,提出了基于轮询机制的非周期性任务通信方法和基于硬件中断的周期性任务通信方法,实现了核间多任务的实时通信和同步控制。最后,搭建实验测试环境,进行了平台接口功能测试,并进行了双核系统间多任务通信功能和性能测试。测试结果表明,本文实现的多轴运动控制平台具有完整的使用功能,系统的实时性和同步控制满足运动控制的使用要求。
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