基于ARM的嵌入式电脑横机控制器设计

【摘　要】为解决横机控制器以往以工控机或单片机作为控制核心后，在实际生产中所遇到的问题，如工控机投资成本高、单片机集成度低且运行不稳定等情况。在ARM计算机内核技术的基础上，设计出嵌入式电脑横机控制器，从而在针织机横机控制上做到技术创新的同时，提高针织横机工作的效率，为我国针织企业在发展上提供技术支持。

【关键词】ARM；嵌入式；电脑横机控制器；设计

随着我国市场经济体制的进一步深入与加入世贸组织后的巨大机遇，我国纺织企业同样迎来了巨大的发展机会。这就对于我国纺织行业的工作效率以及质量提出了更高的要求。由于科学技术的快速发展，在横机控制器上，也逐渐朝着高度集成化、显示直观化、控制网络化、控制简便化等方面发展。

１．电脑横机控制器概述

电脑横机控制器在针织时的工艺流程表现为：依据针织花式的需要对相关针织花式的数据进行设计选择，而后输入到电脑控制设备之中，再以针织机械设备的行、针同步信号为依据，发送相应的机械控制命令，从而使针织机械按照控制器所发出的指令，完成编织作业。

目前被普遍采用的电脑横机控制设备常见的有两种，其一是基于工控机设计、另一种则是基于芯片式设计，但是两者都有着自己优缺点，前者利用企业自主开发的，符合企业实际需要的接口板与工控机的模板相结合，优点是操作系统通用，从而省略了开发BIOS的过程，稳定性高，在硬件上能够实现灵活选择以满足不同需求的企业。但其缺点明显，如整体控制系统占地大、线缆错综繁多、高成本的操作系统与硬件资源等；而后者则需要独立研发专用操作系统与BIOS，相应的开发周期较长，稳定性得不到充分保证同时其显示出的市场竞争力与性价比较低。

２.基于ARM嵌入式电脑横机控制器设计

所设计的电脑横机控制器基于ARM内核，主要组成部分包括控制系统、横移设备、调节设备、传动设备等等，整套系统的核心就是控制器，它负责接收外部操作人员的指令与实际操作的机械设备信号，根据实际情况将控制指令发至整个设备并通过传动、调节设备加以实现。

2.1硬件

该电脑横机控制器以外存储设备的接口电路、输入设备、显示设备、功率电路、扩展电路以及CPU主板系统等构成其硬件操作平台。同时将其设计为分板形式，即电路板其中之一为ARM核心的应用系统，而电路板的另外两块则是工艺技术的执行子系统。

考虑到I/O资源问题，增加了CPLD芯片2片，其负责对大多数信号进行处理。选用三星公司生产的S3C44BOX作为主处理器，其优点就是性价比高、性能优良；选用CY37128作为CPLD芯片，它的优点则是工作速度快、工作密度大，当遇到逻辑处理较为复杂时，仍能高效完成。其工作流程体现为：经由总线，主处理器写入相关指令到CPLD芯片，CPLD芯片在接收到信号后，对其进行相应处理后将执行指令发至执行设备，从而对电脑横机动作进行控制。而ARM核心的应用系统则为用户提供了诸如网络接口、通讯接口、IDE接口、输入接口以及显示接口等众多高度集成化的解决方案，并配合RAM等扩展储存设备，从而满足用户不同的需求，且不管是扩展还是其他连接都有着非常简便的特点。

CPLD芯片的两套执行系统则分别对设备的电磁铁、检测信号、故障信号、计数信号、传感信号等的处理，同时带有编码器与自检模块，其中编码器可实现定位的高精确度，而自检模块则能够在收到故障信号时，向主处理器发出相应的中断响应，进而使整个纺织的过程保持顺畅。考虑到其所需要处理的信号数量众多，电流要求也相应增加，所以在CPLD和横机设备间加设了电路以使驱动得以增强，所选用芯片是SN74LVC245型，其可以达到的最大电流值为100mA。

2.2软件

操作系统、中间件、相关程序与设备驱动组成该系统的软件。其中相关应用程序是指花式编辑管理软件、纺织应用软件等；中间件则指的是纺织虚拟设备，它把整个纺织流程转换为信号形式，从而实现对各类设备进行控制；设备驱动程度包括显示驱动、输入驱动、电机驱动等一系列设备的驱动；操作系统选择具备发展潜力的开源平台LINUX系统，表现为嵌入式。

软件系统的核心则是其应用软件，它能够对纺织虚拟设备进行初始化，而后操作人员可通过应用软件使外部控制器处于慢速运行状态，确定其运行正常后再使整个系统全速运转。而如果遇到外部事件时，应用软件则能够及时对其进行判断，从而决定整个系统的响应动作。

在软件整体系统设计中，纺织虚拟设备是关键部分，因为它不仅对针织横机的动作进行控制，而且负责解析花式格式并将其实现。综合考虑到本横机控制器的兼容性，以便于其能够对其他格式的花式文件同样实现有效操作，提高本横机控制器的性价比，所以在对虚拟控制设备的设计上，将市场上常见的花式文件与设备动作综合成为内置软件，从而能够在遇到不同情况时，该控制器都能够对其合理处理。

2.3系统设计优点

(1)实现网络信息化支持，为整个系统的升级提供了良好的网络接口。

(2)存储数据接口兼容性高，能够实现与多种容量的存储设备相连。

(3)显示非常直观，输入简便，对于操作人员来说，大幅度地减少了工作强度。

(4)整个系统的兼容性高，能够对各类格式的文件进行读写并执行操作。

３.结语

综上所述，通过对基于ARM的嵌入式电脑横机控制器的系统设计，我们可以看出，这个系统不但良好地发挥出了ARM核心技术的优势，而且其科学合理的技术同时也将针织横机设备的工作效率进行了大幅度地提升，在遇到外部事件时，能够及时将设备关停，防止故障进一步扩大。随着科学技术的不断发展，相信会有更多高科技因素被应用到纺织行业之中，纺织机械呈现出高度集成化、智能控制化、网络信息化等方向发展，从而使我国纺织行业的整体水平提升到一个新的台阶，为我国纺织企业在激烈的市场竞争中占得一席之地提供一定的理论与实践基础。

【参考文献】

［１］颜钢锋,王琛銮.基于ARM的嵌入式电脑横机控制器设计[J].工程设计学报,2006,13(2).

［２］莫易敏, 陈彪,金昌.基于ARM的嵌入式电脑横机控制器设计[J].武汉理工大学学报[J].2006,28(10).