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基于 SOPC 技术的嵌入式数控运动控制器的研究 陈 勇 陈 泉 吕恩建 (重庆邮电大学自动化学院，重庆，400065) 摘 要：围绕满足新一代数控系统各种性能要求的目标，文章首先探讨了 SOPC 技术应用于 数控控制领域的发展前景和优势，然后采用了集成有 ARM 核的 FPGA 处理芯片，提出了一 种基于 SOPC 技术的嵌入式数控运动控制器的研究方案。初步研究表明，这种方案能很大程 度的解决现有数控系统诸如系统开放性、实时性、可剪裁性和重构性差等缺点。 关键词：SOPC 技术；嵌入式处理器 ARM；数控运动控制器 中图分类号：TP273 文献标示码：A A research on embedded NC motion controller based on SOPC technology CHEN Yong,CHEN Quan,LV En-jian （College of Automaiton,Chongqing University of Post Technology,Chongqing ,400065,China） Abstract: Around meeting the goals to satisfy different performance requirements of a new generation numerical control system, this paper investigates the development prospect and advantage of the application in numerical control area with system-on-a-Programmable-Chip (SOPC) technology, and then utilizes a chip which integrated ARM core and FPGA device, proposes a research program approach to a kind of embedded numerical control movement controller based on SOPC technology. The preliminary research shows that, this research program can greatly resolve the defect of the existing numerical control systems such as the poor in system openness, character of real-time, cutability and reconfiguration, etc. Keywords: SOPC technology; embedded processor ARM; NC motion controller 1 引言 随着计算机技术、微电子技术、现代控制理论的快速发展，以数控技术为核心的制造业 对推动生产力的发展发挥越来越重要的作用。这样，飞速发展的制造技术对数控系统的各种 性能提出了更高的要求。 嵌入式系统是面向控制、监视的实时系统，采用 SOPC（可编程片上系统）技术设计的 嵌入式系统集高速微处理器、超大规模逻辑器件、大容量存储器为一体，具有很强的可重构 性，开放程度高，控制实时性强。这种数控系统设计灵活，体积小，稳定性好，低成本高性 能。基于这种技术特点，采用 SOPC 技术设计的嵌入式数控系统，既能适应制造业高产高效 高质量的要求，也能适应产品客户化、小批量、多品种、快速交货的要求。本文探讨了 SOPC 技术应用于数控控制领域的优势，构造了一种基于 SOPC 技术的数控运动控制器的研究方 案。该控制器选用 Altera 公司的内嵌 ARM922T 硬核处理器的 Excalibur 系列 FPGA（现场 可编程门阵列）器件作为控制核心，采用结构化、模块化的硬件软件设计思路，达到了经济 实用高效高性能的效果。 2 SOPC 技术在数控领域应用的优势 可编程片上系统 SOPC（System on a program Chip）技术是当今超大规模集成电路的发 展趋势，是微电子、半导体技术飞速发展的结果。近年来出现的可编程系统级芯片 SOPC 解 决方案，得到了业界广泛的重视和迅速发展，这主要有以下几个原因：（1）超大规模的现场 可编程逻辑芯片可以方便集成处理器、存储器和可编程逻辑（2）提供了掩膜 ASIC 的高集 成度（低功率、小尺寸、低成本）及 FPGA 的低风险、灵活性和快速上市的特性（3）知识 产权 IP 得到重视