計(jì)算機(jī)軟件專業(yè)論文分享
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基于Moodle的軟件技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐路徑探索
1 引言(Introduction)
從互聯(lián)網(wǎng)搜索的招聘職位來看，像手機(jī)游戲開發(fā)、Java工程師、網(wǎng)站建設(shè)等系列軟件技術(shù)行業(yè)的人才需求是很大的。但是，現(xiàn)實(shí)情況卻是軟件專業(yè)的大學(xué)生，尤其是高職院校的畢業(yè)生就業(yè)很困難。這就說明學(xué)校培養(yǎng)的人才，與社會(huì)需要的人才不相符。解決這個(gè)矛盾，勢(shì)必要更改學(xué)校的人才培養(yǎng)計(jì)劃，將社會(huì)需求與課堂、課后教學(xué)相結(jié)合起來，合理設(shè)置軟件技術(shù)專業(yè)課程體系。嚴(yán)格遵循“以就業(yè)為導(dǎo)向”，對(duì)目前的教學(xué)方法、教學(xué)模式進(jìn)行改革，大力提高學(xué)生的必備的專業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務(wù)能力。
軟件技術(shù)發(fā)展是飛快的。很多知識(shí)剛掌握，就陳舊了，甚至不到一個(gè)月的時(shí)間。如我們常用的微軟的操作系統(tǒng)。只有不斷學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、終生學(xué)習(xí)，才能追逐軟件技術(shù)的發(fā)展。因此，必須對(duì)軟件技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新改革。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐探索，提出解決這個(gè)問題的有效方法之一，即構(gòu)建基于Moodle的教學(xué)平臺(tái)，為學(xué)生提供一個(gè)全新的、寬松的、自主的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境。
2 基于Moodle平臺(tái)進(jìn)行軟件技術(shù)課程教學(xué)的優(yōu)勢(shì)(The advantage for the software technology course teaching based on Moodle platform)
Moodle，即模塊化面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境，是目前世界上最流行的網(wǎng)絡(luò)課程管理平臺(tái)之一。它在2013年的“Top 100 Tools for Learning 2013 from Jane Hart”調(diào)查中，排在了11位，2012年也是排在了11位[1]。Moodle平臺(tái)充分利用建構(gòu)主義的理論，在教學(xué)實(shí)施中既要以學(xué)生為主體，又體現(xiàn)了教師的引導(dǎo)、監(jiān)控的主導(dǎo)作用，有效的將兩者結(jié)合起來。這種教學(xué)方式有效地改善軟件技術(shù)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增加了學(xué)生交流合作的機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。利用Moodle進(jìn)行軟件技術(shù)專業(yè)課程的教學(xué)具有以下優(yōu)勢(shì)[2，3]：
(1)先進(jìn)的教學(xué)理念
Moodle是遵循“社會(huì)建構(gòu)主義理論”建立的。在這個(gè)系統(tǒng)中每一處都體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教育理念。在這個(gè)平臺(tái)中，學(xué)生因?yàn)樾枰瓿赡硞€(gè)特定的任務(wù)而相互合作。在合作的過程中，不斷的交流、主動(dòng)地獲取自己需要的知識(shí)。這就要求課程的設(shè)計(jì)者一定要將學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)置好，在Moodle平臺(tái)中教學(xué)設(shè)計(jì)的基本單位學(xué)習(xí)活動(dòng)，一切的教學(xué)都是圍繞著學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)而展開。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)教師提出了更高的要求，不能僅僅是關(guān)注教授知識(shí)，而是重點(diǎn)關(guān)注學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)。工作的核心任務(wù)是設(shè)計(jì)合理的學(xué)習(xí)活動(dòng)、學(xué)習(xí)活動(dòng)的評(píng)價(jià)和監(jiān)控規(guī)則，從而為學(xué)生學(xué)習(xí)提供一個(gè)既寬松的而又有紀(jì)律的學(xué)習(xí)環(huán)境，就像馬路上汽車可以從南向北開，也可以從東往西開，可以是60速，也可以是40速，但這些必須是在交法的規(guī)定下的自由行使。
(2)完善的教學(xué)平臺(tái)
Moodle平臺(tái)包括了資源、課程管理、測(cè)試、作業(yè)、聊天、論壇、wiki、投票和問卷調(diào)查等模塊。作為一個(gè)成熟的課程管理系統(tǒng)，為學(xué)校教學(xué)資源的整合提供了平臺(tái);為教師信息化課程建設(shè)提供了環(huán)境;為學(xué)生提供了虛擬課堂的學(xué)習(xí)環(huán)境?？梢匀逃涗浗虒W(xué)活動(dòng)，例如拿些學(xué)生訪問了這門課程，在線時(shí)間，進(jìn)行了wiki貢獻(xiàn)，這樣方便教師的教學(xué)控制和分析。另外，Moodle平臺(tái)是開源代碼，在Moodle平臺(tái)社區(qū)中有很多可用的插件，可以免費(fèi)下載，按需擴(kuò)充平臺(tái)的功能。
3 基于Moodle平臺(tái)進(jìn)行軟件技術(shù)課程教學(xué)的實(shí)施方案(The implementation plan for the software technology course teaching based on Moodle platform)
3.1 構(gòu)建基于Moodle的軟件技術(shù)課程的核心
在Moodle平臺(tái)上，學(xué)習(xí)活動(dòng)組成了教學(xué)活動(dòng)。一門課程設(shè)計(jì)的好與差，關(guān)鍵是學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)。軟件技術(shù)專業(yè)課程是有自身的特點(diǎn)的，所以基于Moodle網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的軟件技術(shù)課程教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)首先要分析課程的特點(diǎn)，然后分析社會(huì)的需求，接著確定課程目標(biāo)，設(shè)計(jì)活動(dòng)任務(wù)、實(shí)施活動(dòng)任務(wù)、評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果。在活動(dòng)的實(shí)施過成中，利用Moodle資源、活動(dòng)工具，設(shè)置多種任務(wù)驅(qū)動(dòng)，例如案例驅(qū)動(dòng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、情境驅(qū)動(dòng)和角色驅(qū)動(dòng)。
在整個(gè)教學(xué)過程中，教師利用Moodle平臺(tái)元素，提供像文本、圖像、動(dòng)畫、視頻等多種學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)任務(wù)，為自主、協(xié)作學(xué)習(xí)提供優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。根據(jù)軟件技術(shù)課程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)案例驅(qū)動(dòng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、情境驅(qū)動(dòng)的任務(wù)。強(qiáng)調(diào)學(xué)生的設(shè)計(jì)和編寫程序的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)溝通和協(xié)調(diào)能力，以實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)目標(biāo)。
3.2 基于Moodle 的軟件技術(shù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)
教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)對(duì)教師的要求是很高的。首先，教師要特別關(guān)注行業(yè)技術(shù)的發(fā)展情況，了解國(guó)內(nèi)外、省內(nèi)外甚至是市級(jí)區(qū)域軟件技術(shù)人才的需求狀況，從而制定軟件技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，確立軟件技術(shù)專業(yè)課程體系，設(shè)定軟件技術(shù)專業(yè)核心課程;然后，針對(duì)某一門課程設(shè)定合理的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)進(jìn)度;最后，利用Moodle平臺(tái)設(shè)計(jì)豐富多彩的教學(xué)活動(dòng)。在活動(dòng)中，充分展示課程的相關(guān)信息。同時(shí)也將教師的課程組織內(nèi)容放入平臺(tái)中，如課程標(biāo)準(zhǔn)、參考課件、相關(guān)視頻、參考文章、相關(guān)資源站點(diǎn)等。
在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，教師根據(jù)具體的課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。可以是情境驅(qū)動(dòng)型的，也可以是案例驅(qū)動(dòng)型、或者是任務(wù)驅(qū)動(dòng)型的。例如想介紹分支語句，傳統(tǒng)的教法直接給出if…的語法結(jié)構(gòu)，然后例子，“如果a>3，那么b=5”。這樣的例子沒有任何的情境，也沒有任何的意思。教師給以設(shè)定一定場(chǎng)景下，例如，“小王剛發(fā)完工資，看見工資條上有一項(xiàng)是“應(yīng)繳納的稅收”，這項(xiàng)是如何計(jì)算的呢。”這種設(shè)置在現(xiàn)實(shí)生活的特定的活動(dòng)，會(huì)讓學(xué)生覺得這項(xiàng)內(nèi)容在現(xiàn)實(shí)中是需要的，而不是僅僅的抽象的知識(shí)。在有實(shí)際意義的任務(wù)下，學(xué)生會(huì)積極主動(dòng)的探討解決問題的方式。鍛煉他們對(duì)實(shí)際問題的分析能力、解決能力。在做需求分析設(shè)計(jì)時(shí)教師可以設(shè)計(jì)角色，包括用戶、項(xiàng)目組長(zhǎng)、成員借助Wiki工具、博客或其他的交流工具，小組成員自行設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能。在角色活動(dòng)中，學(xué)生能夠體驗(yàn)交流與溝通的魅力及其困難，鍛煉溝通協(xié)作能力。還有很多其他的案例，這些不同類型的任務(wù)不僅可以讓學(xué)生橫向思維，更可以激發(fā)學(xué)生的縱向思維能力，方便差別化學(xué)習(xí)與教學(xué)。
3.3 通過Moodle實(shí)施課程的教學(xué)
學(xué)生不僅可以在課堂上跟誰教師學(xué)習(xí)，還可以在課后進(jìn)行自學(xué)。教師通過Moodle的教學(xué)監(jiān)控功能，隨時(shí)查看參與 自己課程學(xué)習(xí)的學(xué)生的基本狀況。不僅包括具體教學(xué)模塊的被訪問的次數(shù)、時(shí)間和場(chǎng)所，例如，學(xué)生下載了多少次教師的教案，在什么時(shí)間查看了多少次教學(xué)計(jì)劃等;還包括監(jiān)控教學(xué)模塊學(xué)生參與情況，例如，學(xué)號(hào)為111111的學(xué)生在討論交流時(shí)發(fā)了幾次言，以及發(fā)言的內(nèi)容、他的作業(yè)的提交數(shù)量等。由此可見，在學(xué)習(xí)的過程中，既能體現(xiàn)了學(xué)生主觀能動(dòng)性、也發(fā)揮了教師引導(dǎo)監(jiān)督的作用，很好地處理了教師教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的關(guān)系。在教學(xué)的過程中采用任務(wù)與獎(jiǎng)勵(lì)的，激發(fā)學(xué)生對(duì)軟件技術(shù)課程學(xué)習(xí)的自信心與積極性，充分體現(xiàn)了基于Moodle實(shí)施軟件技術(shù)專業(yè)課教學(xué)的優(yōu)越性。
在過去的一年中，軟件技術(shù)專業(yè)課程中有《C#程序設(shè)計(jì)》《網(wǎng)頁制作》《asp.net程序設(shè)計(jì)》進(jìn)行了基于Moodle的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生參與的積極性高，范圍廣泛，教學(xué)效果也很好。然而，Moodle并不是十全十美的，仍然存在一些問題需要改進(jìn)，例如Moodle的外觀比較簡(jiǎn)單，如果改進(jìn)適應(yīng)現(xiàn)代孩子的視覺效果，吸引他們的眼球;如何更好的設(shè)置活動(dòng)，創(chuàng)建什么樣的情境能使老師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間如同社區(qū)間的無障礙的進(jìn)行交流等。
4 結(jié)論(Conclusion)
基于Moodle平臺(tái)的軟件技術(shù)專業(yè)課程的教學(xué)，打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，為信息技術(shù)與課程相結(jié)合提供了有效的途徑。在這個(gè)平臺(tái)中，師生可以在社區(qū)中進(jìn)行充分的交流，借助項(xiàng)目教學(xué)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，為自主學(xué)習(xí)創(chuàng)建了環(huán)境，同時(shí)也為軟件技術(shù)專業(yè)課程的教學(xué)改革提供了全新的理念。
參考文獻(xiàn)(References)
[1] Centre for Learning and Performance Technologies (C4LPT).Top 100 Tools for learning(2013).http：//c4lpt.co.uk/top100tools/.
[2] 鐘平.基于Moodle的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”教學(xué)改革探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2009(8)：42-44.
[3] 王紅玲，鄭剛.基于Moodle電子商務(wù)專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐與研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2010(10)：76-78.
基于DSP與BIOS內(nèi)核的運(yùn)動(dòng)控制器軟件技術(shù)創(chuàng)新
0 引 言
作為數(shù)控系統(tǒng)核心控制部件的運(yùn)動(dòng)控制器，市場(chǎng)上有基于單片機(jī)、基于ARM為主控處理+FPGA/CPLD作為輔控處理、基于DSP為主控處理+FPGA/CPLD作為輔控處理等多種硬件平臺(tái)的解決方案。在不同的硬件平臺(tái)上，軟件系統(tǒng)調(diào)度方案可以采用μC/OS?Ⅱ，BIOS，RT?Linux，VxWorks等多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，因而衍生出各種軟件系統(tǒng)的架構(gòu)方案。采用TI公司TMS320C6713系列DSP芯片為主控芯片+FPGA作為輔控芯片的硬件平臺(tái)的解決方案，其數(shù)據(jù)吞吐量和高速浮點(diǎn)運(yùn)算上具有一般單片機(jī)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。而采用TI公司的DSP芯片和CCS的開發(fā)平臺(tái)，可以使用配套的非開放源代碼的BIOS實(shí)時(shí)內(nèi)核，在中小型數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)上，其更加專業(yè)，相比采用ARM硬件平臺(tái)而使用的開放性源代碼的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，采用DSP硬件平臺(tái)與BIOS內(nèi)核的運(yùn)動(dòng)控制器穩(wěn)定性更好，能夠節(jié)約實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)移植和測(cè)試時(shí)間，縮短開發(fā)周期，因而其是一種合理有效的解決方案。
為了能夠在該平臺(tái)上進(jìn)行有效的模塊化數(shù)控功能組件的開發(fā)、維護(hù)和移植，本文提出了一種標(biāo)準(zhǔn)化的軟件分層與接口架構(gòu)方案。該方案可作為一種設(shè)計(jì)模式，滿足不同用戶的基本功能與二次開發(fā)需求。
1 系統(tǒng)整體方案
1.1 運(yùn)動(dòng)控制器硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)
本文采用的運(yùn)動(dòng)控制器的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中，TMS320C6713系列DSP具有浮點(diǎn)運(yùn)算器，能快速高效地完成工件加工軌跡插補(bǔ)計(jì)算。其集成外部擴(kuò)展擴(kuò)的EDMA和EMIF總線具有數(shù)據(jù)吞吐量大的特點(diǎn)。該DSP主頻為225 MHz，對(duì)應(yīng)的指令周期為4.4 ns，相應(yīng)的運(yùn)算速度可達(dá)1 800 MIPS/1 350 MFLOPS，適用于中小型數(shù)控系統(tǒng)主控制器的需求。
ACTEL公司的A3P400系類FPGA是一種高密度，等效40萬門器件，其可配置的I/O可以兼容多種類型的數(shù)字電平。另外ACTEL公司提供的Libero集成開發(fā)工具，能提供數(shù)字PLL、高速FIFO等多種通用型軟核模塊，能夠節(jié)約開開發(fā)時(shí)間與成本，是作為運(yùn)動(dòng)控制器外部通信總線接口的一種可靠高效的硬件方案。
圖1 運(yùn)動(dòng)控制器硬件結(jié)構(gòu)圖
1.2 系統(tǒng)軟件層次劃分
本文軟件系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)劃分，其層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 軟件架構(gòu)層次圖
(1) 用戶應(yīng)用接口層?？筛鶕?jù)具體的用戶需求開發(fā)各種功能的數(shù)控應(yīng)用模塊，并將各功能模塊作為組件通過接口嵌入到系統(tǒng)軟件中來。本文所開發(fā)的基礎(chǔ)用戶組件塊及其功能將在下一節(jié)詳細(xì)描述。
(2) BIOS內(nèi)核層。采用TI公司的CCS3.3提供的BIOS內(nèi)核以及其各種內(nèi)核組件，可有效縮短內(nèi)核移植和測(cè)試時(shí)間。CCS3.3提供圖形化界面接口，如圖3所示。其可對(duì)內(nèi)核各個(gè)組件進(jìn)行配置和應(yīng)用。它的內(nèi)核通過編譯后將在文件鏈接時(shí)植入程序，生成最后可執(zhí)行文件。
(3) 硬件驅(qū)動(dòng)層。用于管理運(yùn)動(dòng)控制器板卡上與DSP相連的各個(gè)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，并為內(nèi)核與用戶應(yīng)用層提供硬件訪問接口。板卡硬件包括：FIFO通信緩沖器、CNC脈沖發(fā)生器、UART總線控制器、SERCOS總線控制器等。外部模擬數(shù)字硬件設(shè)備采用FPGA或?qū)Ｓ肐C實(shí)現(xiàn)。
圖3 BIOS內(nèi)核圖形化配置界面
2 用戶應(yīng)用軟件任務(wù)劃分
用戶應(yīng)用軟件組件模塊可分為基礎(chǔ)組件和擴(kuò)展組件?；A(chǔ)組件提供數(shù)控系統(tǒng)基本的加工、維護(hù)、調(diào)試、監(jiān)控等各種接口控制功能。擴(kuò)展組件根據(jù)特定的用戶需求可選擇性裁剪安裝，一般擴(kuò)展組件包括軟PLC編程接口，SERCOS總線、脈沖、TCP/IP、UART等各種通信協(xié)議數(shù)據(jù)包解析與格式轉(zhuǎn)換等功能。BIOS內(nèi)核是一款多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核，可以在系統(tǒng)多個(gè)用戶基礎(chǔ)任務(wù)之間進(jìn)行調(diào)度。本文所描述系統(tǒng)基本用戶組件任務(wù)劃分見圖4。
圖4 運(yùn)動(dòng)控制器硬件結(jié)構(gòu)圖
2.1 HMI任務(wù)
HMI通信數(shù)據(jù)包幀格式如表1所示。HIM任務(wù)處理流程如圖5所示。
(1) 通信數(shù)據(jù)包格式。通信數(shù)據(jù)包格式固定，但功能信息結(jié)構(gòu)格式不固定。不同的信息，如調(diào)試信息、G代碼腳本信息的內(nèi)容等采用不同的信息格式，這樣用戶在增加新的功能組件時(shí)，只要自己編寫新的信息格式和編碼與解析方式，就能利用原有的通信協(xié)議進(jìn)行開發(fā)，使得系統(tǒng)代碼能夠移植和重新利用。
表1 HMI數(shù)據(jù)包幀格式
圖5 HIM任務(wù)處理流程圖
(2) 數(shù)據(jù)包生成器。從已處理完的HMI信息隊(duì)列中按照不同約定信息格式讀取信息，并按照數(shù)據(jù)包的格式為其添加幀頭、物理地址、校驗(yàn)碼等，生成一組數(shù)據(jù)幀，并將該數(shù)據(jù)幀通過EMIF總線寫入FPGA中的UART發(fā)送FIFO，待其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)字電平發(fā)送給上位機(jī)。
(3) 數(shù)據(jù)包解析器。通過EMIF總線從在FPGA中實(shí)現(xiàn)的UART總線接收FIFO中讀取一個(gè)數(shù)據(jù)幀，并按照約定的用戶應(yīng)用的解析方式解析成對(duì)應(yīng)的信息，并將信息加載到HMI接收信息隊(duì)列，等待數(shù)據(jù)處理與交換任務(wù)啟動(dòng)進(jìn)行處理。
2.2 用戶數(shù)據(jù)處理與交換任務(wù)
用戶數(shù)據(jù)處理與交換任務(wù)流程如圖6所示。
本系統(tǒng)提供G代碼腳本解釋器、調(diào)試維護(hù)命令殼、系統(tǒng)錯(cuò)誤診斷器三個(gè)基礎(chǔ)組件。用戶可根據(jù)特定需求植入新的組件，并編寫對(duì)應(yīng)組件接口信息編碼與解析方式。
(1) G代碼腳本解釋器
數(shù)控G代碼解釋的方案很多。部分廠商采用在上位機(jī)解析成配置信息碼，并發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制器的方案。但此方案會(huì)增加數(shù)據(jù)通信量，使得通信時(shí)延增加。本系統(tǒng)采用的方案是：上位機(jī)以字符串格式將數(shù)控G代碼腳本信息打包發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)字符串進(jìn)行重新組合，并通過識(shí)別組合碼配置數(shù)控參數(shù)控制塊。該方案可以減少通信負(fù)擔(dān)，減小通信延時(shí)，但是將增大DSP的運(yùn)算處理量。因?yàn)镈SP運(yùn)算速度明顯要塊于通信傳輸速率，所以該方案是一種合理的折中方案。
圖6 用戶數(shù)據(jù)處理與交換任務(wù)流程圖
(2) 調(diào)試維護(hù)命令殼
該功能用于系統(tǒng)開發(fā)階段和系統(tǒng)維護(hù)階段。系統(tǒng)集成該功能夠之后，根據(jù)開發(fā)人員提供的維護(hù)指令手冊(cè)，在上位機(jī)輸入維護(hù)指令，返回運(yùn)動(dòng)控制器相應(yīng)的關(guān)鍵系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)碼，能幫助維護(hù)人員快速地判斷系統(tǒng)運(yùn)行中的故障，并為數(shù)控機(jī)床每個(gè)加工軸提供電機(jī)測(cè)試接口。
(3) 系統(tǒng)錯(cuò)誤診斷器
負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)數(shù)控系統(tǒng)需要監(jiān)控運(yùn)行的重要模塊信息，一旦重要模塊運(yùn)行發(fā)生故障，則把錯(cuò)誤編碼保存在系統(tǒng)錯(cuò)誤診斷器中，并在任務(wù)運(yùn)行時(shí)將錯(cuò)誤碼發(fā)送給上位機(jī)。
2.3 運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)
運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)是運(yùn)動(dòng)控 制器最核心的部分，也是BIOS內(nèi)核所管理的任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高的一個(gè)任務(wù)。不同廠商的控制器有不同的實(shí)現(xiàn)方案。為了能夠清晰理解與移植本文所述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制程序，圖7給出了運(yùn)動(dòng)控制的行為與數(shù)據(jù)流框圖。
根據(jù)圖7所描述的運(yùn)動(dòng)控制行為，編寫的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)程序的流程圖如圖8所示。
圖7 運(yùn)動(dòng)控制的行為與數(shù)據(jù)流圖
圖8 運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)流程圖
(1) 加工軌跡計(jì)算。加工軌跡計(jì)算控制器，綜合數(shù)控配置參數(shù)與實(shí)時(shí)的反饋數(shù)據(jù)，通過各種數(shù)值計(jì)算方法，進(jìn)行各種數(shù)控插補(bǔ)計(jì)算，得到最終的加工數(shù)據(jù)，可以通過脈沖編碼格式或者SERCOS通信總線，發(fā)送給控制CNC的每個(gè)軸的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給。
(2) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)管理。實(shí)時(shí)地管理監(jiān)控CNC每個(gè)軸的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。讀取驅(qū)動(dòng)器的工作狀態(tài)，將需要上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的數(shù)控實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)寫入CNC接收信息隊(duì)列，并通過數(shù)據(jù)交換控制任務(wù)，發(fā)送到上位機(jī)用于監(jiān)控。當(dāng)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，可以及時(shí)進(jìn)行保護(hù)停止，并發(fā)送運(yùn)行故障編碼。
3 軟件方案的驗(yàn)證性測(cè)試
在本實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)如圖9所示。其中，HMI板通過JTAG接口與調(diào)試主機(jī)1相連，運(yùn)動(dòng)控制板通過JTAG接口與調(diào)試主機(jī)2相連。HMI板與運(yùn)動(dòng)控制板通過RS 422總線連接，并在采用UART協(xié)議進(jìn)行通信。
由于電機(jī)運(yùn)行軌跡與效果無法很好通過圖片展示，并且本實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證整個(gè)軟件系統(tǒng)架構(gòu)的可行性，并修補(bǔ)程序BUG。因而建議采用硬件模擬運(yùn)行加Matlab仿真的驗(yàn)證方法。
圖9 運(yùn)動(dòng)控制測(cè)試平臺(tái)
采用圓弧插補(bǔ)測(cè)試的方法，在上位機(jī)通過G代碼腳本格式導(dǎo)入測(cè)試指令腳本，運(yùn)動(dòng)控制器讀取數(shù)據(jù)包，解析出測(cè)試腳本信息后，進(jìn)行處理和運(yùn)算，得出的運(yùn)算數(shù)據(jù)保存后，導(dǎo)入Matlab仿真軟件，生成運(yùn)行軌跡圖，以便模擬仿真電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行軌跡。表2為CNC測(cè)試腳本的加工軌跡數(shù)據(jù)。
表2 測(cè)試加工軌跡數(shù)據(jù)
圖10為經(jīng)過系統(tǒng)運(yùn)行得到的加工軌跡與原始測(cè)試數(shù)據(jù)的軌跡對(duì)照。
圖中點(diǎn)線：測(cè)試腳本數(shù)據(jù)擬合曲線;實(shí)線：DSP計(jì)算的加工數(shù)據(jù)擬合曲線。從方案驗(yàn)證性測(cè)試實(shí)驗(yàn)得到的模擬數(shù)據(jù)擬合圖像和原始腳本測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比，可以驗(yàn)證該軟件架構(gòu)方案和基礎(chǔ)用戶組件能在實(shí)驗(yàn)室的CNC系統(tǒng)平臺(tái)上穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，因而驗(yàn)證了該軟件架構(gòu)方案的可行性。
圖10 加工軌跡測(cè)試與模擬軌跡
4 結(jié) 語
本文基于TI公司的C6713系列DSP+FPGA作為硬件實(shí)現(xiàn)方案的運(yùn)動(dòng)控制器平臺(tái)，提出一種可移植性軟件架構(gòu)方案。通過三層軟件結(jié)構(gòu)模型的描述和基礎(chǔ)性用戶組件與接口的任務(wù)劃分，為用戶的功能的二次開發(fā)與軟件代碼的維護(hù)提供的一個(gè)基礎(chǔ)性平臺(tái)。并通過加工腳本測(cè)試驗(yàn)證了方案的可行性與穩(wěn)定性。
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