[發明專利]基于ZYNQ雙核處理器的RTOS-GPOS雙操作系統機器人控制器

在審

• 申請號: 201811430065.4
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109558174A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 孫苑淞;李恩;王化明;楊國棟;王漢進;梁自澤;朱成剛
• 申請（專利權）人: 江蘇艾薩克機器人股份有限公司;中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06F9/4401
• 分類號: G06F9/4401
• 代理公司: 北京文苑專利代理有限公司 11516
• 代理人: 朱青

本發明涉及一種基于ZYNQ雙核處理器的RTOS?GPOS雙操作系統機器人控制器，包括ZYNQ雙核處理器、以ZYNQ雙核處理器為控制核心的外圍硬件模塊和以ZYNQ雙核處理器為硬件基礎的RTOS?GPOS雙操作系統，所述RTOS?GPOS雙操作系統包括主系統模塊、從系統模塊、系統啟動控制模塊和雙核通信模塊。本發明通過在雙核芯片ZYNQ上建立基于非對稱多處理架構的雙操作系統并行運行機制，構建出一種雙系統機器人控制器，可同時運行通用操作系統Linux和實時操作系統FreeRTOS，從而既能完成人機交互、路徑規劃等上層任務，又能執行運動控制、應急操作等實時任務，從而為機器人開發提供了一種輕便、通信效率高、復用性好的控制器，可以很好地滿足實際應用的需要。

技術領域

本發明屬于自動化控制技術領域，具體涉及一種基于ZYNQ雙核處理器的RTOS-GPOS雙操作系統機器人控制器。

背景技術

機器人是一種機電一體化的控制對象，其控制軟件既包含人機交互、路徑規劃等上層非實時任務，又包含運動控制、應急操作等底層實時任務。機器人控制系統的實現，目前多采用上位機+運動控制卡的形式，上位機運行通用操作系統來完成非實時任務，運動控制卡運行實時操作系統或裸板程序來完成實時任務。這種傳統的控制結構使得機器人控制器需要至少兩塊控制板卡，增加了空間，同時上下層通信效率較低，復用性較差。

目前，國內外已經對新型的機器人控制器開展了研究。一些機器人團隊提出了模塊化的機器人控制器設計方案。例如由北京航空航天大學設計的基于ARM+FPGA的模塊化控制器是其中一種選擇。這種設計可以提高硬件平臺重用性，縮短開發時間，但缺點在于ARM和FPGA的沒有專門的通信通路，容易影響整體性能提升，FPGA的硬件加速特性也無法得以發揮。固高科技的四軸運動控制器采用DSP+FPGA實現，但單臺價格相對比較昂貴，而且系統設計復雜，設計成本較高。

因此，有必要開發一種低成本，通信效率高，系統易于設計的機器人控制器。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種可避免出現上述技術缺陷的基于ZYNQ雙核處理器的RTOS-GPOS雙操作系統機器人控制器。

為了實現上述發明目的，本發明提供的技術方案如下：

一種基于ZYNQ雙核處理器的RTOS-GPOS雙操作系統機器人控制器，包括ZYNQ雙核處理器和以ZYNQ雙核處理器為控制核心的外圍硬件模塊。

進一步地，所述外圍硬件模塊包括電機驅動模塊、應急制動模塊、電機狀態反饋模塊、電源模塊和人機交互模塊；所述電機驅動模塊包括差動驅動器電路和光耦電路，用于將處理器輸出的脈沖信號、方向信號以及控制信號通過差動放大以及和光耦隔離控制伺服電機驅動器；所述應急制動模塊利用伺服電機驅動器輸出的電磁剎車控制信號控制繼電器通斷，控制抱閘電源的接通和斷開；所述電機狀態反饋模塊利用伺服電機驅動器的串列通信功能，通過串口與驅動器進行通信；所述電源模塊通過電源轉換芯片以及穩壓器件為其他各模塊所供電；所述人機交互模塊包括觸摸屏和上位機連接串口，觸摸屏用于人機交互軟件顯示，上位機串口用于與PC相連將通用系統輸出信息打印到PC端。

進一步地，所述控制器還包括以ZYNQ雙核處理器為硬件基礎的RTOS-GPOS雙操作系統，所述RTOS-GPOS雙操作系統包括主系統模塊、從系統模塊、系統啟動控制模塊和雙核通信模塊。

進一步地，所述主系統模塊包括通用操作系統Linux，用于控制從系統的啟動關閉、運行上層非實時軟件；所述從系統模塊包括實時操作系統FreeRTOS，用于運行底層實時任務軟件；所述系統啟動控制模塊運行在主系統模塊中，用于控制在從CPU上加載和卸載非對稱多處理架構下的從系統模塊的過程；所述雙核通信模塊以驅動程序的形式運行在主系統模塊中，以庫函數的形式運行于從系統模塊中，利用共享內存，在兩CPU間建立通信通道，用于主系統和從系統間的通信。