娛樂(lè)機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

王斌　薛文奎

摘要：針對(duì)娛樂(lè)機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)放性差、通信接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)傳輸性差等問(wèn)題，機(jī)器人利用嵌入式開(kāi)發(fā)板和CAN總線(xiàn)模塊搭建娛樂(lè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，然后將開(kāi)放的Linux操作系統(tǒng)移植到控制器上，經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性好和實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：娛樂(lè)機(jī)器人；硬件平臺(tái)；CAN總線(xiàn)模塊；Linux操作系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.09.091

娛樂(lè)機(jī)器人的研究網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議不開(kāi)放和專(zhuān)用的操作系統(tǒng)，導(dǎo)致市場(chǎng)上出現(xiàn)的娛樂(lè)機(jī)器人開(kāi)放性差、通信接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)傳輸性差等問(wèn)題，阻礙娛樂(lè)機(jī)器人的更好的發(fā)展。本文提出將開(kāi)放的嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植到ARM9開(kāi)發(fā)板，實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)機(jī)器人通信接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫教岣摺?/p>

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

采用模塊化設(shè)計(jì)娛樂(lè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由主節(jié)點(diǎn)模塊、通信總線(xiàn)模塊、從節(jié)點(diǎn)模塊、紅外線(xiàn)檢測(cè)模塊和驅(qū)動(dòng)模塊等組成。娛樂(lè)機(jī)器人系統(tǒng)框架如圖1所示。

2硬件平臺(tái)組成

2.1主節(jié)點(diǎn)模塊

主節(jié)點(diǎn)模塊是娛樂(lè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)與其他各個(gè)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和管理網(wǎng)絡(luò)功能。系統(tǒng)采用S3C2441A處理器作為主控芯片。S3C2440A微處理器主頻400MHz，系統(tǒng)集成SDRAM儲(chǔ)存器、專(zhuān)用LCD的DMA控制器、擁有外部請(qǐng)求的4路引腳DMA控制器，支持16/32位精簡(jiǎn)指令集。

2.2CAN總線(xiàn)模塊

CAN總線(xiàn)模塊由CAN收發(fā)器和CAN控制器組成，本文采用MSG-3CM類(lèi)型CAN總線(xiàn)控制芯片和TJA1050的CAN總線(xiàn)收發(fā)器，其電路原理圖如圖2所示。

2.3從節(jié)點(diǎn)模塊

采用68HC11單片機(jī)作為從節(jié)點(diǎn)控制器模塊，68HC11是增強(qiáng)型8位單片機(jī)，芯片具有運(yùn)算高速、系統(tǒng)功能齊備、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。68HC11通過(guò)SPI接口與CAN總線(xiàn)模塊的SPI接口進(jìn)行通訊，外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高。

2.4紅外傳感器模塊

紅外傳感器接收與發(fā)送模塊由紅外發(fā)射器和紅外接收器組成，檢測(cè)距離為18—75cm。其原理圖如3所示。

3娛樂(lè)機(jī)器人軟件平臺(tái)

搭建娛樂(lè)機(jī)器人軟件平臺(tái)，將開(kāi)放的嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植到GT2440上。具體需要進(jìn)行主機(jī)的配置、Boot Loader的移植、linux內(nèi)核的移植及配置、根系統(tǒng)文件的建立等方面。

3.1嵌入式Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用交叉開(kāi)發(fā)方式，即在電腦將代碼編寫(xiě)好，然后通過(guò)編譯交叉工具生成執(zhí)行機(jī)器代碼，再通過(guò)串口下載到系統(tǒng)平臺(tái)上，如圖4所示。

3.2移植Boot Loader

移植U-Boot原理是將U-Boot源代碼上進(jìn)行刪減或添加系統(tǒng)相關(guān)配置文件，然后進(jìn)行編譯及下載到控制板的過(guò)程。移植具體如下：

（1）將u-boot-1.1.6解壓到GT2440文件中。

（2）修改smdk2410.c、smdk2410.o、smdk2410.h分別修改為GTStudio.c、GTStudio.o、GTStudio.h。

（3）指定交叉編譯器為“Carm-linux-”。

（4）中斷向量根據(jù)需要進(jìn)行修改start.s文件，修改serial.c與設(shè)置的FPCLK和串口波特率相同。

（5）設(shè)置bank控制器參數(shù)及修改lowlevel_init.s文件與內(nèi)存配置一致。

（6）在drivers中添加設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)USB等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。

（7）執(zhí)行make指令，生成機(jī)器語(yǔ)言映像文件。

3.3Linux內(nèi)核移植

3.3.1內(nèi)核源碼的解壓

在Linux源代碼包，執(zhí)行#tar xvzf 指令將Linux-2.6.38.6進(jìn)行解壓縮。

3.3.2設(shè)置編譯環(huán)境

修改makefile文件完成目標(biāo)代碼的類(lèi)型的更改，系統(tǒng)編譯交叉工具為4.3.4.具體設(shè)計(jì)為：

ARCH2？= arm1

CROSS_COMPILE ？=/local/arm1/4.4.3/bin/arm-linux-

3.3.3修改系統(tǒng)時(shí)鐘

GT2440開(kāi)發(fā)板采用的外部時(shí)鐘為12MHz，對(duì)應(yīng)的內(nèi)核源代碼為mach-smdk2440.c文件中，將s3c24xx_init_clocks修改為12MHz（12000000）。

4系統(tǒng)測(cè)試

將生成的二進(jìn)制映像文件下載到GT2440芯片中。用USB線(xiàn)將GT2440開(kāi)發(fā)板與電腦連接好，然后利用DNW軟件將編譯好的文件下載到開(kāi)發(fā)板中，并重新啟動(dòng)系統(tǒng)，可通過(guò)SecureCRT軟件看到系統(tǒng)界面，如圖5所示。

5結(jié)論

本文搭建娛樂(lè)機(jī)器人硬件平臺(tái)，通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各硬件模塊的底層通信，同時(shí)使用CANopen協(xié)議完成主從節(jié)點(diǎn)的通信，實(shí)現(xiàn)硬件模塊化，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

參考文獻(xiàn)

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