基于ARM的嵌入式挖掘機控制系統(tǒng)設計

楊彬彬

（1.新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院,河南 新鄉(xiāng) 453700；2.新鄉(xiāng)市技師學院，河南 新鄉(xiāng) 453700）

1 引言

S3C2410處理器是典型的32位RISC芯片，具有體積小、功耗低、運算速度快、片內集成度高等優(yōu)點。MCX314As是日本NOVA公司推出的4軸運動控制專用DSP集成電路。在ARM上移植嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為挖掘機運動控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺，嵌入式Linux系統(tǒng)具有穩(wěn)定、功能強大、應用軟件多、簡單易用、使用成本低等優(yōu)點。

2 基于ARM的挖掘機控制系統(tǒng)模型

基于ARM的嵌入式挖掘機控制系統(tǒng)模型如圖1。

圖1 基于ARM的嵌入式挖掘機控制系統(tǒng)模型

最上層是運動控制系統(tǒng)的匹配軟件，主要包括編寫的各種控制函數，如運動控制芯片的控制庫函數等。

2.1 控制系統(tǒng)硬件設計

本次設計采用的處理器是三星公司的S3C2410。它的最高運行頻率達到203MHZ，這樣的工作頻率使處理器能輕松的運行WindowsCE、Linux等操作系統(tǒng)以及進行較為復雜的信息處理，使它完全能夠應用在工程機械領域的挖掘機控制系統(tǒng)，從而使嵌入式運動控制系統(tǒng)能夠保持極高的工作效率。S3C2410使用 ARM920T核，可以實現(xiàn)MMU和獨立的16KB數據結構的緩存，每個緩存均為8個子長度的流水線。ARM920T核由ARM9TDMI、存儲管理單元(MMU)和高速緩存三部分組成。其中，MMU可以管理虛擬內存，高速緩存由獨立的 16KB地址和 16KB數據高速 Cache組成。ARM920T有兩個內部協(xié)處理器：CP14和CP15。CP14用于調試控制，CP15用于存儲系統(tǒng)控制以及測試控制。

在開發(fā)板S3C2410上設計有系統(tǒng)總線預留接口，預留了S3C2410芯片上的基于通用I/O口的信號線，包括16位數據線、12位地址線、片選信號和一些讀寫控制信號線，以方便用戶擴展應用電路。運動控制芯片 MC X314As與S3C2410處理器的連接就是通過這個標準的系統(tǒng)總線接口電路，把兩者的數據線、地址線、讀寫控制線、片選信號和中斷等信號連接起來。以S3C2410處理器芯片為核心的板卡為上位機，用于鍵盤、顯示、外部通訊等管理工作；以運動控制芯片 MCX314As及其外圍電路組成的板卡為下位機，用于根據上位機的命令和數據進行計算和處理然后輸出控制脈沖；兩者組成控制系統(tǒng)對電控液壓換向閥進行控制。系統(tǒng)連接示意圖如圖2所示。由圖中可以看到，在那些互相連接的信號線之間都隔著一些寫著“SN74ALVC164245”的芯片，那是因為S3C2410的I/O引腳的工作電壓是3.3V的(按道理可以承受5V電壓)，而MCX314As的工作電壓是5V，為保險起見，同時也為了增加信號之間傳輸的可靠性，我們在兩者信號連接時加入了這“SN74ALVC164245”的芯片來實現(xiàn)電平的轉換，同時驅動信號。另外還需要注意的是，我們使用的是 16位數據線的傳輸，所以 MCX314As芯片的H16L8引腳必須接上高電平。

圖2 運動控制系統(tǒng)

3 結論

本文設計的S3C2410微處理器挖掘機運動控制系統(tǒng)的硬件設計方案，使工程機械運動控制器在軟硬件設計上實現(xiàn)模塊化，靈活性極大、大大提高開放性。不但豐富的功能能夠大量地減輕研發(fā)任務，提高研發(fā)速度，而且能在較短時間內得到高速度、高精度、高效率、高可靠、低成本的挖掘機運動控制系統(tǒng)，具有很大的應用前景。

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