基于ARM和FPGA的电脑绣花机控制系统的设计

图1 绣花机硬件框图

其中，sdram、软区接口、串口接口、lcd接口和usb接口直接由s3c2410处理器提供，这样可以减少一些外围电路。断线检测、键盘和开关量的接口通过外围电路接入处理器的通用i/o口。fpga通过并口与处理器通讯，并按照控制要求将数据转换成控制流分别对主轴电机、绣框电机和换色电机进行控制。设计时采用topdown的设计方法，首先将fpga需要实现的功能划分成相对独立的模块，然后定义各个模块的接口和功能。

基于wince软件系统结构设计

windows ce(wince)是微软公司开发的一种嵌入式操作系统(eos)，它包括以下主要模块：内核模块、内核系统接口模块、允文件系统模块、图形窗口和事件子系统模块和通信模块等。wince支持多种外设和网络系统，包括键盘、鼠标、触模屏、串行口、以太网卡、调制解调器、usb设备和存储设备。wince支持超过1000个常用的microsoft win32api和一些附加的编程接口，可用于开发应用程序。此外wince支持用于管理时间关键任务响应的实时处理；各种串行通信和网络通信技术，包括支持usb；与其它操作系统比较，wince具有下列优越性：

・32位多线程、多任务、完全抢占式的操作系统；
・强大的图形显示功能支持，用户能定制完全自己风格的操作界面；
・支持大部分win32 api，基于其他windows的应用程序能方便地移植到wince上。

所以采用实时操作系统作为软件的系统结构的基础是一种缩短开发周期、简化开发难度的有效解决方法。经过比较，本设计采用wince嵌入式实时操作系统。具体的软件模块划分如图2。

图2 绣花机软件模块的划分

本控制系统中的软件分为驱动程序、嵌入式操作系统wince和应用程序三个层次。驱动程序将硬件封装起来，对操作系统和应用程序提供常用的接口支持，使得硬件对于应用程序是透明的。这样即使在更换了硬件平台之后，也可以方便的将开发好的应用程序移植到不同的平台上。另外，操作系统还提供了许多有用的函数接口，使得应用程序开发更方便。应用程序运行在操作系统之上，利用操作系统提供的中断、同步和定时等机制，实现绣花机的各个功能，如电机控制、数据分析、界面显示、断线报警等等。

结语

本文采用先进的基于“arm +wince + fpga”平台的电脑绣花机控制系统，并移植功能强大的嵌入式实时操作系统windows ce构成开发平台，提出了一种新的思路，做出了大胆的尝试，并进行了底层驱动的测试及简单多任务程序的测试。不论从功能上还是从应用前景上来看，都比目前流行的基于单处理器采用主轴匀速控制模式的平台系统有着明显的优势。相信随着工作的进一步深化、进展，定能取得令人满意的控制效果！为国产绣花机电控系统的性能的提高提供良好的解决方案。