嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術(shù)與系統(tǒng)研究

楚丹妮

摘 要：如今，嵌入式系統(tǒng)有效的應用于家電、汽車、通信等領(lǐng)域。而隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)將會在社會其他領(lǐng)域取得更為廣泛的應用。傳統(tǒng)電腦不能達到當今時代系統(tǒng)資源的需求，而且其操作系統(tǒng)也不能夠?qū)崟r控制。而嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術(shù)和系統(tǒng)不但運算能力強，而且成本低廉，具有很好的擴展性和開放性。本文先介紹了嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術(shù)模型的特點，再從嵌入式新型網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，以及嵌入式數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案，具體分析嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控技術(shù)和系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：嵌入式體系結(jié)構(gòu)；數(shù)控技術(shù)；網(wǎng)絡技術(shù)控制

引言：數(shù)控技術(shù)的發(fā)展階段，從最初的分立元件系統(tǒng)到專用計算機系統(tǒng)，再到目前的通用計算機系統(tǒng)。分立元件系統(tǒng)中，實現(xiàn)數(shù)控運算是依靠許多的邏輯電路組合，而這樣的系統(tǒng)數(shù)控功能全是硬件系統(tǒng)所完成。而專用計算機系統(tǒng)是微處理器技術(shù)出現(xiàn)的結(jié)果，但它是專為數(shù)控設計，全世界只有幾家大型的企業(yè)才能夠開發(fā)專用計算機數(shù)控系統(tǒng)。直至目前依舊在廣泛使用的通用計算機系統(tǒng)雖然各方面都有極強的優(yōu)勢，但卻并不能達到實時控制的需求。隨著信息網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)開始逐步走向網(wǎng)絡化。嵌入式系統(tǒng)是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應用而設計的專用計算機系統(tǒng)”。嵌入式系統(tǒng)的中央處理器可以分為微控器、數(shù)字信號處理器以及微處理器。中央處理單元的執(zhí)行速度快，而且簡單豐富，從而提高了嵌入式系統(tǒng)計算能力。嵌入式系統(tǒng)趨于網(wǎng)絡化，而且開發(fā)工具也逐漸的開始完善。由于嵌入式有著很多的優(yōu)勢條件，被實時狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)字制造等工藝領(lǐng)域廣泛使用。

1.嵌入式系統(tǒng)模型的特點

1.1嵌入式系統(tǒng)模型

嵌入式系統(tǒng)可以稱為是包含在復雜非電子系統(tǒng)內(nèi)部的專用電子系統(tǒng)，而這也算是嵌入式系統(tǒng)模型的意義。非電子系統(tǒng)可以擬成為嵌入式系統(tǒng)外部的環(huán)境，也叫做被嵌入系統(tǒng)。在一個大的系統(tǒng)之內(nèi)，一般有許多個嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可以和外界取得通信的連接。嵌入式系統(tǒng)能夠服務于被嵌入系統(tǒng)，當然也是響應于外界的輸入，也算是嵌入系統(tǒng)數(shù)據(jù)自身的響應。

在現(xiàn)代機電控制系統(tǒng)中，主要分為微控制器、傳感器、DSP、可重構(gòu)邏輯、執(zhí)行器以及中央處理器。它們都是由網(wǎng)絡加以控制，所以也稱為嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡是一種廣義的詞語，也可以指介質(zhì)互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，或者是NOC片內(nèi)網(wǎng)絡。

1.2嵌入式系統(tǒng)可重構(gòu)功能

嵌入式系統(tǒng)內(nèi)的CPU單元多以精簡指令來計算。而相比較微處理機和專用芯片方法，人們需要一種新的方法和技術(shù)路線，讓其具有微處理機更好的可編程和柔性，以及專用芯片更可靠、速度更快的性能。

軟件控制著嵌入式系統(tǒng)的可重構(gòu)功能。通過使用可重用的資源，重構(gòu)計算平臺，可以適用于不一樣的應用需求?？芍貥?gòu)最主要的意義是可重用資源，F(xiàn)PGA未出現(xiàn)時，可重構(gòu)系統(tǒng)基本使用重組的方法，功能部件用重用資源。FPGA出現(xiàn)之后，重用資源利用配置文件的方法，就可以定義每一種線的連接和門的性質(zhì)，變化硬件的原本功能。廣泛的說，這樣的功能有著硬軟件可重構(gòu)性。而正是因為嵌入式系統(tǒng)能夠剪裁硬軟件，有著可重構(gòu)的功能，才能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)控技術(shù)和系統(tǒng)的設計，也給網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)帶來了重用和開放的性能。

2. 嵌入式新型網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.1嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控硬件體系結(jié)構(gòu)

在整個嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)體系之中，總共有好幾個嵌入式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。數(shù)控操作與管理系統(tǒng)和顯示輸入裝置相互連接，可以實現(xiàn)人機交互的功能。而且數(shù)控操作管理系統(tǒng)能夠獲取和編譯加工代碼，檢查系統(tǒng)網(wǎng)絡的故障。網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的以太網(wǎng)絡，可以連接外部網(wǎng)絡，控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試和運行。而顯示和鍵盤輸入裝置比數(shù)控操作管理系統(tǒng)更能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場的交互，它還能夠輸入數(shù)據(jù)和操作的命令，顯示加工的狀態(tài)。

插補器和運動控制器能夠?qū)崿F(xiàn)插補和間隙補償?shù)倪\算，將速度控制的信息發(fā)送到嵌入式伺服控制器中。而嵌入式PLC能夠完善數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的所有邏輯控制，完成PLC的主要功能。速度和位置伺服控制器可以綜合的調(diào)整加工軸的速度和位置。而系統(tǒng)除了可以使用NC客戶端來實現(xiàn)遠程監(jiān)控之外，還可以利用Web瀏覽器。

系統(tǒng)的線路連接為，NC操作系統(tǒng)用EIA—RS—485線路連接運動控制器。運動控制器用EIA—RS—485線路和嵌入式PLC相聯(lián)。NC操作系統(tǒng)用以太網(wǎng)來連接TCP/IP協(xié)議、全球數(shù)字系統(tǒng)。無論是嵌入式還是網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)，都可以實現(xiàn)和工業(yè)電腦一樣的數(shù)控功能。網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)和技術(shù)，依靠網(wǎng)絡互聯(lián)，成為在線的控制執(zhí)行單位，而數(shù)控遠程控制可以和NC客戶聯(lián)系。

2.2嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控軟件體系結(jié)構(gòu)

在嵌入式網(wǎng)絡數(shù)控軟件體系結(jié)構(gòu)中，控制與運算軟件是指PLC程序、數(shù)控程序以及伺服運動控制軟件。而組態(tài)軟件模塊的設計主要是應用于特定的功能。通用性的設計約束開發(fā)和標準接口，例如插補計算、運動控制、加工代碼編譯模塊等。

輔助設計系統(tǒng)是為了研究和開發(fā)PLC單元、代碼、數(shù)控單元等。而對于PLC單元、數(shù)控單元，以及伺服控制單元，它們都有各自的輔助設計系統(tǒng)。其中，在數(shù)控軟件的開發(fā)系統(tǒng)內(nèi)，主要分為自動生成軟件、下載軟件、數(shù)控系統(tǒng)定義三部分。

所謂的數(shù)控系統(tǒng)定義模塊，是利用數(shù)控描述語言來描述加工的環(huán)境、對象和實現(xiàn)的指標、功能。選擇組態(tài)軟件的版本和嵌入式控制模塊的型號。選擇嵌入式控制模塊的型號，因為硬件模塊固然一樣，但也會很多種類的型號。從這個意義上來說，選擇組態(tài)軟件版本，也因為每一個功能版本都有著不一樣的特定要求和功能結(jié)構(gòu)。數(shù)控軟件的自動生成，是NCDL描述的數(shù)控系統(tǒng)，從而出現(xiàn)最佳匹配和組合的數(shù)控軟件。下載數(shù)控軟件，則是將生成數(shù)控軟件下到同樣的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。

2.3 嵌入式新型網(wǎng)絡數(shù)控系統(tǒng)

這種基于信息資源的新型網(wǎng)絡式數(shù)控系統(tǒng)，其網(wǎng)絡包括多種通信網(wǎng)，從連接控制系統(tǒng)內(nèi)部現(xiàn)場模塊的現(xiàn)場總線網(wǎng)，連接不同的控制系統(tǒng)的車間網(wǎng)，到企業(yè)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)，乃至個人通信網(wǎng)。資源信息包括分布在網(wǎng)上的所有計算，軟件，加工程序和存儲資源。個人通信網(wǎng)也是以網(wǎng)絡式數(shù)控系統(tǒng)的資源，這是因為個人通信的終端，如收集，PDA等移動設備，都可以作為網(wǎng)絡數(shù)控人際交互的終端。這種新型的網(wǎng)絡式數(shù)控系統(tǒng)不是一個將所有功能幾乎全部是現(xiàn)在單一計算機上的，相對封閉的控制系統(tǒng)，也不再是一般聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控系統(tǒng)。新型網(wǎng)絡式數(shù)控系統(tǒng)給予網(wǎng)上所有可用信息資源而構(gòu)建，并充分利用這些資源，實現(xiàn)信息資源共享，這個系統(tǒng)可以充分的利用各種信息資源和先進信息技術(shù)。

結(jié)束語：嵌入式系統(tǒng)具有高度的普適性特點，能夠運用到各類計算機系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)與其他軟件同時使用，具有很強的兼容性熱點，而且，嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對軟件和硬件的剪裁作用，可以配合其他軟件與硬件的設計，因此，數(shù)控軟件在結(jié)合嵌入式系統(tǒng)之后，就有良好的擴展能力，系統(tǒng)能夠時間對硬件運行的模擬，能夠?qū)τ布\行環(huán)境進行模擬，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對計算機硬件的調(diào)節(jié)，從而確保計算機硬件能夠得到更好的開發(fā)和使用，而且嵌入式系統(tǒng)比較靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同系統(tǒng)的控制，能夠被應用與不同的行業(yè)中。

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