3 軟件設計

　　系統軟件部分由μC/OS-II實時嵌入式操作系統及相關應用軟件組成。μC/OS- II實時嵌入式操作系統僅僅提供了一個任務調度的實時內核，因而需要自行開發一系列與系統運行相關的設備驅動程序、API函數及應用程序，才能將 μC/OS-II擴展為一個完整、實用的實時操作系統。

　　3．1 Boot Loader的設計

　　嵌入式系統中，通常并沒有像BIOS那樣的固件程序，因此整個系統的加載啟動任務就完全由Boot Loader來完成。Boot Loader是系統加電后運行的第一段代碼，負責初始化系統并啟動操縱系統，相當于PC機的程序。Boot Loader初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，為最終調用操作系統內核準備好正確的環境。

　　Boot Loader分為階段1和階段2兩個部分，與CPU核以及存儲設備密切相關的處理工作通常都放在階段1中，且可以用匯編語言來實現；而階段2則通常用C語言來實現一般的流程以及對板級的一些驅動支持。

　　階段1主要進行定義入口、設置中斷向量、系統寄存器配置、初始化寄存器等操作。而階段2主要完成調用初始化函數、初始化閃存設備、初始化內存分配函數等操作。Boot Loader是嵌入式系統軟件開發的第一個環節，把實時操作系統和硬件平臺緊密地結合起來，對于嵌入式系統的軟件開發尤為重要。

　　3．2 μC/OS-II在S3132440的移植

　　嵌入式實時操作系統μC/OS-II是一個源代碼公開的多任務實時操作系統內核，它簡化了應用軟件的設計，使控制系統的實時性得到保障。良好的多任務設計，有助于提高控制系統的穩定性和可靠性。所謂移植，就是通過修改操作系統內核與處理器相關部分的源代碼，使一個實時內核能在微處理器或微控制器上運行。 μC/OS-II的文件系統結構包括核心代碼部分，配置代碼部分，處理器相關代碼部分，如圖4所示。其中處理器相關代碼部分包括 OS_CPU.H，OS_CPU.A.ASM，OS_CPU.C.C 3個文件。將μC/OS-II移植到S3C2440只需要修改與處理器相關的代碼即可。

　　圖4 μC/OS-II的文件系統結構

　　3．3 系統應用程序設計

　　實時應用程序的設計過程包括如何把問題分割為多個子任務，每個子任務都是整個系統的一部分，都被賦予一定的優先級，有自己的一套CPU寄存器和堆棧空間。一個任務，也叫一個線程，是一個簡單的程序，該程序可以認為CPU完全只屬于自己。在本設計中將任務劃分為人機界面的設計、數控指令編譯解釋、伺服單元采集任務、狀態監視等。μC/OS-II可以按照優先級啟動各個任務，并通過內核來完成任務之間的調度。系統的基本流程如圖5所示。

　　圖5 用戶程序流程

　　S3C2440根據系統的應用程序對指令進行解釋，調用運動控制函數，繼而PCL6045BL發出脈沖控制伺服電機去控制執行機構動作，實現運動控制的結果。

　　3．4 NC代碼解釋

　　運動控制器接受來自上位機發送過來的加工文件，但加工文件指令在程序中不能直接被識別，在執行指令之前必須先對其進行解析譯碼。解釋器的主要功能就是將用戶程序以程序段為處理單位，將程序中的輪廓信息、運行速度和輔助功能信息，轉換成嵌入式運動控制器能夠執行的格式。解釋過程主要包括數控文件的讀入、詞法分析、語法分析以及加工信息存儲數據結構等過程，如圖6所示。

　　圖6 程序處理流程

　　4 實例分析

　　上位機通過RS485總線與S3C2440連接，把NC指令文件輸入到ARM 中，經過NC代碼解釋器，變成PCL6045BL能夠識別的代碼，從而完成規定的運動控制功能。用NC代碼編寫如下加工程序：

　　N001 COO X15 Y25//起始點選定

　　N002 G18//XY平面選擇

　　N003 G90 G01 X15 Y5//準備直線插補

　　N004 X30 Y5//（15，5）到（30，5）

　　N005 X30 Y15//前行至點（30，15）

　　N006 X45 Y15//前行至點（45，15）

　　N007 X45 Y5//前行至點（45，5）

　　N008 X60 Y5//前行至點（60，5）

　　N009 X60 Y25//前行至點（60，25）

　　N010 X15 Y25／／回到始點（15，25）

　　根據上面所給的代碼可以完成如圖7所示的多點之間直線插補的功能。

　　圖7 多線段直線插補運動軌跡

　　5 結語

　　該運動控制器的硬件結構是基于微處理器S3C2440和PCL6045BL運動控制芯片設計的，它較好地發揮了ARM處理器的高性能、低成本和運動控制芯片的高可靠性、開發周期短的優點；在控制器硬件平臺上移植μC/OS-II實時操作系統既能使整個軟件系統結構簡結、層次清晰，又能很好地達到運動控制實時性的要求。