0 引言

　　隨著工業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)在使用過程中表現(xiàn)出數(shù)據(jù)傳輸?shù)?、抗干擾能力差，可擴(kuò)展性差等不足，為此對(duì)數(shù)控系統(tǒng)提出更高的要求?？偩€式數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)具有可靠的高速通信和數(shù)據(jù)同步功能，可提高系統(tǒng)的響速度．促進(jìn)先進(jìn)功能的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)是近期內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向。GSK Link是一種工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總線，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)控制器同時(shí)與多種從屬設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。具有總線基本特點(diǎn)，它采用超5類雙絞線連接主站設(shè)備與從站設(shè)備，能夠簡化系統(tǒng)及便于系統(tǒng)擴(kuò)展。

1 GSK Link工作原理

　　GSK Link現(xiàn)場總線是一種數(shù)字化．串行網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)總線，用于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)各組成部分互連通信。GSKLink協(xié)議規(guī)范參照ISO／OSI基本參考模型有三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、層應(yīng)用。物理層是采用通用以太網(wǎng)的物理層芯片PHY(LAN8700i)．MAC采用FPGA實(shí)現(xiàn)，傳輸媒介采用超5類雙絞線，周期數(shù)據(jù)只能在主站和從站之間傳輸，非周期數(shù)據(jù)可以在任意站點(diǎn)之間傳輸；數(shù)據(jù)鏈路層位于物理層與應(yīng)用層中間，物理層提供的可能出錯(cuò)的物理連接改造成邏輯上無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，并對(duì)應(yīng)用層的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝：應(yīng)用層是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層之上，用戶任務(wù)之傳輸介質(zhì)下的所有任務(wù)。是通數(shù)據(jù)鏈路層和其他相鄰的更低層提供的服務(wù)來提供應(yīng)用服務(wù)。由以上三層構(gòu)成了GSK Link總線。總線網(wǎng)絡(luò)中由主站和從站構(gòu)成，它們之間的通信是通過電報(bào)來完成，以下介紹電報(bào)類型及總線的初始化。

　　1.1 電報(bào)類型

　　(1)主站同步電報(bào)(Master Sync Telegram，簡稱MST)：初始化階段．每個(gè)通訊階段的開始，主站以廣播形式發(fā)送MST電報(bào)，用于通知各個(gè)從站進(jìn)入新的通訊階段：正常工作階段，每個(gè)周期的開始，主站以廣播形式發(fā)送MST電報(bào)，主要用于同步主站和各個(gè)從站，同步各從站要考慮環(huán)路的傳輸延時(shí)。MST的報(bào)文結(jié)構(gòu)源地址為O．目的地址為255；控制字的內(nèi)容：D12-1)0均為0。

　　(2)令牌電報(bào)(Master Command Telegram，簡稱MCT)：正常工作階段，GDT的傳輸受令牌電報(bào)的控制，MsT、MDT、AT的傳輸由主站控制進(jìn)行周期傳輸。不受令牌電報(bào)的控制。

　　MCT的報(bào)文結(jié)構(gòu)中源地址為0．目的地址為255；控制字的內(nèi)容：D8-D0均為0，D15-D9按表1設(shè)置有效；MsT電報(bào)與MCT的電報(bào)主要區(qū)別在于控制字的內(nèi)容。

　　(3)主站數(shù)據(jù)電報(bào)(Master Data Telegram，簡稱MDT)：每個(gè)通訊周期中，主站以廣播形式發(fā)送一次這種電報(bào)。MDT的報(bào)文結(jié)構(gòu)中源地址為0，目的地址為255；控制字的內(nèi)容：D7-DO均為0，D15-D8按表1設(shè)置有效。主站數(shù)據(jù)電報(bào)MDT用于正常運(yùn)行時(shí)(CP6階段)從控制單元向從站裝置發(fā)送指令數(shù)據(jù)。在每個(gè)周期中，主站發(fā)送一次MDT，從站裝置從MDT提取屬于自己的數(shù)據(jù)，并填充自己的AT指令數(shù)據(jù)。若接收到的MDT有錯(cuò)。后面添加錯(cuò)誤的CRC，否則添加正確的CRC轉(zhuǎn)發(fā)到下一從站。主站收到MDT電報(bào)后。檢驗(yàn)CRC是否正確，接收AT數(shù)據(jù)。如果不正確，則重發(fā)MDT電報(bào)，露發(fā)次數(shù)由通訊參數(shù)確定。一個(gè)MDT的報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖2所示。從站裝置的可配置周期數(shù)據(jù)(指令數(shù)據(jù)段)，具有可變的長度。

　　(4)伺服電報(bào)(Drive Telegram，簡稱AT)：每個(gè)通訊周期中，主站以廣播形式發(fā)送一次這種電報(bào)，各伺服裝置將要反饋給主站的數(shù)據(jù)添加到伺服電報(bào)中如際位置值、實(shí)際速度值等。

　　從站電報(bào)AT用于正常運(yùn)行時(shí)(CP6階段)，從站裝置向控制單元反饋tl已的運(yùn)行狀態(tài)。在每個(gè)周期中，主站發(fā)送一次MDT數(shù)據(jù)幀日寸填充每個(gè)從站裝置AT指令數(shù)據(jù)。伺服裝置將自己的運(yùn)行狀態(tài)添加到報(bào)文的數(shù)據(jù)域發(fā)給控制單元。從站電報(bào)AT的報(bào)文結(jié)構(gòu)，從站記錄里的狀態(tài)字由伺服和控制系統(tǒng)共同決定。

　　(5)普通數(shù)據(jù)電報(bào)(General Data Telegram，簡稱GDT)：用于在主站與從站．從站與從站之間傳送非周期數(shù)據(jù)。GDT報(bào)文結(jié)構(gòu)中控制字的內(nèi)容：D5-D0均為0，D15—D6按表1設(shè)置有效。用于在主站與從站，從站與從站之間傳送非周期數(shù)據(jù)。

　　1.2 GSK Link總線初始化

　　GSK“nk的主站和從站通過以上五種電報(bào)形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，GSK Link總線初始化完要經(jīng)過六個(gè)階段(CPO--CP5)。通訊階段6(CP6)是正常工作階段。主站在進(jìn)人每個(gè)通訊階段前，先發(fā)一個(gè)MST電報(bào)通知各個(gè)從站，下面將要進(jìn)入的通訊階段，從站把通訊階段用寄存器保存，直到新的通訊階段更新，因篇幅所限對(duì)CP1-CP7的介紹(略)。

　　初始化全過程是開機(jī)等待網(wǎng)絡(luò)連接正常進(jìn)入CPo階段，在CPO階段接收到CPO階段的MST數(shù)次，說明連接正常。可進(jìn)入CPI階段，在CPI階段CPU接收到最大伺服從站地址參數(shù)和最大普通從站地址參數(shù)后，依次發(fā)送GDT到各個(gè)從站，從站反饋數(shù)據(jù)包含該站的類型．主站接收并保存所有從站的類型參數(shù)，完成后進(jìn)人CP2階段。在CP2接收到MST后，發(fā)送GDT分別與各個(gè)從站握手，完成后進(jìn)入CP3。在CP3階段，測(cè)量并接收各個(gè)伺服從站的延遲補(bǔ)償。完成進(jìn)入CP4，在CP4階段接收到M汀后，發(fā)送GDT與各個(gè)從站通信，傳輸參數(shù)(控制字為8800H)。完成后進(jìn)人CP5，在CP5階段接收到MST后，發(fā)送GDT與各個(gè)從站通信，傳輸伺服參數(shù)完成并確認(rèn)通信參數(shù)后此時(shí)初始化完成，進(jìn)入CP6階段。在CP6階段表示已進(jìn)入正常工作階段，按時(shí)序嚴(yán)格診斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。MDT數(shù)據(jù)收發(fā)、GDT數(shù)據(jù)收發(fā)。

2 GSK Link總線數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)

　　GSK Link總線是在ARM+DSP的硬件結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。ARM中主要實(shí)現(xiàn)GSK Link的功能應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)包形式發(fā)送到DSP，DSP實(shí)現(xiàn)GSK Link主站控制。數(shù)據(jù)通過主站發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈路層、物理層然后通過超5類雙絞線連接從站設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與從站設(shè)備互連通訊。從站設(shè)備包括進(jìn)給伺服從站、主軸伺服從站、控制鍵盤從站、I/0卡從站、光柵卡從站等。GSK Link應(yīng)用協(xié)議是在ARM中實(shí)現(xiàn)收發(fā)MDT數(shù)據(jù)包及GDT數(shù)據(jù)包。并對(duì)收到的數(shù)據(jù)包根據(jù)應(yīng)用協(xié)議進(jìn)行分析每個(gè)從站的控制字、數(shù)據(jù)區(qū)。通過分析獲取伺服從站及主軸伺服從站的參數(shù)、報(bào)警、診斷信息、電機(jī)實(shí)際位置、指令位置，設(shè)置使能、清除報(bào)警、插補(bǔ)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送；實(shí)現(xiàn)鍵盤從站各個(gè)鍵信號(hào)傳遞；實(shí)現(xiàn)總線I／O卡從站控制輸入、輸出數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)光柵卡從站反饋光柵的R信號(hào)及光柵當(dāng)前位置。DSP中實(shí)現(xiàn)GSK Link主站功能相對(duì)簡單．主要實(shí)現(xiàn)總線初始化、總線的診斷信息及與ARM的上傳、下傳MDT、GDT數(shù)據(jù)包，并接收、轉(zhuǎn)發(fā)、發(fā)送從站的MDT、GDT數(shù)據(jù)包。這種架構(gòu)方式主重模塊化，非常方便系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，增加一個(gè)進(jìn)給伺服軸或主軸伺服或IO點(diǎn)只要多連接一個(gè)從站就能實(shí)現(xiàn)，這樣模式能夠適應(yīng)不同操作系統(tǒng)平臺(tái)上應(yīng)用．GSK Link只要在所用的操作系統(tǒng)平臺(tái)上重新編譯文件就能夠應(yīng)用相應(yīng)的接口．達(dá)到使用最簡便及快速開發(fā)。

3 GSK Link在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　GSK Link應(yīng)用的硬件結(jié)構(gòu)是ARM+DSP，在ARM上電后啟動(dòng)系統(tǒng)后，由系統(tǒng)自動(dòng)加載DSP總線文件*.BIN。加載成功DSP文件后，系統(tǒng)調(diào)用初始化總線指令，使DSP在接收到初始化GSK Link指令后進(jìn)行總線初始化．初始化完成后把各從站屬性及總線的診斷信息發(fā)送到ARM中，然后DSP啟動(dòng)中斷，在中斷中實(shí)時(shí)檢測(cè)總線的當(dāng)前狀態(tài)，如果檢測(cè)到總線狀態(tài)正常進(jìn)行收發(fā)MDT數(shù)據(jù)包及GDT數(shù)據(jù)包，否則不發(fā)送及接收MDT數(shù)據(jù)包，并反饋ARM總線異常報(bào)警信息。而ARM在接收到初始化成功標(biāo)志后。獲取各從站屬性并通過中斷實(shí)時(shí)收發(fā)MDT數(shù)據(jù)包、總線診斷信息，當(dāng)接收到總線連接異常時(shí)報(bào)警，并在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)發(fā)送總線復(fù)位指令給DSP，而DSP在接收到復(fù)位指后并且判斷當(dāng)前總線連接異常時(shí)則重新初始化總線。通過總線初始化、總線連接狀態(tài)檢測(cè)、MDT／G町?dāng)?shù)據(jù)包的收發(fā)以及總線異常復(fù)位構(gòu)成了主軸運(yùn)行機(jī)制。

4 結(jié)束語

　　GSK Link總線式數(shù)控系統(tǒng)是基于ARM+DSP硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)上開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及總線的應(yīng)用。通過超5類雙絞線連接DSP總線主站與從站互連通訊。這種應(yīng)用模式充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的模塊化，系統(tǒng)中的總線具有傳輸數(shù)據(jù)量大，抗干擾能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)上應(yīng)用，能夠促進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)先進(jìn)功能開發(fā)與實(shí)現(xiàn)。簡化了系統(tǒng)的連線、方便系統(tǒng)擴(kuò)展．為總線式數(shù)字?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的開發(fā)提供了一種模式。這種模式已在廣州數(shù)控設(shè)備有限公司的GSK 218MS/MC/MD總線數(shù)控系統(tǒng)中得到了很好應(yīng)用。