印刷电路板钻床是印刷电路板生产中的重要装备，随着电子产品加工要求的提高，低档的基于单片机的PCB 钻床控制器已经很难满足要求。ARM7TDMI 是20 世纪末ARM 公司提出的一种32 位的RISC 微控制器结构， 基于该内核的芯片种类丰富，具有运行速度高，功耗小和价格低的特点。本文介绍了一种基于双ARM 结构的PCB 钻床控制器，它既解决传统低档钻床控制系统性能不高的缺点，同时又具有很高的经济性，是  PCB 钻床理想的控制器。

　　数控系统按结构分，一般有单 CPU 和多CPU 之分。单CPU 一般采用集中控制分时处理的方式完成数控系统的各项任务。它具有结构紧凑的特点，但是功能相对比较简单。多CPU 结构的数控系统采用多CPU 并行处理，可以使系统达到更高的性能。多CPU 一般采用共享总线或共享存储器方式进行通信。钻床控制器的控制对象比较复杂：需要控制4套松下MINAS交流伺服系统，4个主轴电机以及9路开关量输入，11路继电器输出。如果控制器采用单CPU结构，控制器需要扩展较多硬件，增加系统成本，降低了系统可靠性；如果控制器采用双CPU结构，控制器可以根据功能进行分层设计：将信息处理量大的人机交互系统任务交由一个CPU负责，而机床运动控制交由另一个CPU来处理。这样减少了外扩硬件的数量，降低了成本，提高了可靠性。具体是指：控制器用三星公司生产的S3C44B0X作为人机交互系统的CPU，用飞利浦公司生产的LPC2214作为机床运动控制系统的CPU。

　　2.控制器的硬件设计

　　控制器由系统板和接口板组成：系统板是由LPC2214 和S3C44B0X 及其相关外围电路构成的，是控制器的  ；接口电路板主要负责系统板和机床电器之间的驱动，电平匹配。系统的硬件结构参考图1。

　　图1 控制器硬件结构图

　　2.1 控制器系统板硬件设计

　　控制器系统板由两个子系统组成：人机交互系统和机床运动控制系统。人机交互系统和机床运动控制系统通过I2C 总线进行数据交换。I2C 总线是飞利浦公司提出的串行总线，具有速度较高，硬件连接十分简单，无需增加硬件的特点。

　　2.1.1 控制器人机交互系统的硬件设计

　　机床的一些重要的参数例如像机床进给轴丝杠的螺距，交流伺服系统的脉冲当量等数据需要  保存，所以系统扩展了一片512B 的基于I2C 总线的EEPROM 芯片AT24C04 。机床人机交互系统电路结构如图1 控制器系统板中以S3C44B0X 为中心的硬件结构。

　　2.1.2 机床运动控制系统硬件设计

　　机床运动控制系统的  是 LPC2214 微控制器。LPC2214 内部自带256KB 的flash存储器和16KB 的SRAM，无需外扩程序存储器和数据存储器。系统设计了一个RS232串口，用于LPC2214 系统程序的ISP   。为了便于调试程序，运动控制系统设计了一个JTAG 口。机床运动控制系统电路结构如图1 控制器系统板中以LPC2214 为中心的硬件结构。机床电器都通过接口电路直接与LPC2214 相连。其引脚分配如下所示：

　　2.1.3 人机交互系统和机床运动控制系统的通信

　　数控系统的加工指令经过S3C44B0X 的处理后要传给LPC2214 进行执行，而LPC2214执行的结果要返回给S3C44B0X 进行处理和显示。系统采用I2C 总线进行通信。S3C44B0X工作在主器件模式，而AT24C04 和LPC2214 工作在从模式。AT24C04 的从地址是0xa0，LPC2214 的从地址是0x50，I2C 的速率为400KHz。S3C44B0X 和LPC2214 各自建立一个24 字节的全局数组进行通信。

　　3.软件设计

　　软件部分主要由人机交互系统软件和机床运动控制系统软件组成。人机交互系统软件结构比较复杂，所以软件移植了μC/OS－II 操作系统。机床运动控制系统软件结构比较简单，但是这部分软件有很强的实时性要求，所以软件没有移植操作系统，而是采用时间触发模式编写。

　　3.1 人机交互系统软件设计

　　人机交互系统软件采用分层方式进行编写。软件分为系统层和应用层。系统层设计的主要任务是首先进行嵌入式操作系统μC/OS－II 移植，然后再对操作系统内核进行扩展，形成一个简单高效的平台。应用层设计是在这个平台的基础上实现加工文件的操作，机床手动加工，机床自动加工，机床参数设置等任务。

　　系统层以μC/OS－II 操作系统内核为基础进行移植和扩展。所谓移植，是指通过编写一定代码，使得操作系统能够在特定的处理器平台上运行。根据μC/OS－II 的说明，移植包括对与处理器相关的OS_CPU.H，OS_CPU_A..ASM，OS_CPU_C.C 三个文件中的代码进行移植［4］。在μC/OS－II 提供的内核基础上，通过设计驱动程序模块，系统任务，操作系统的API 函数和任务调度模块等对操作系统内核进行扩展。通过设计实现LCD，键盘，K9F2808，I2C 总线和串口通信等的接口函数，建立驱动程序模块，使操作系统API 函数和底层硬件分开。系统任务部分设计了LCD 刷新任务，键盘读取任务，I2C 总线读写任务这三个基本任务，并随着操作系统的启动而运行。

　　应用层在系统层提供的 API 函数的基础上，设计了主任务和机床手动加工，自动加工，文件传输，参数设置等任务。系统的入口函数Main 函数流程如图2 所示。主任务函数结构如图3 所示：

　　3.2.LPC2214 程序设计

　　机床运动控制系统控制程序结构比较简单，程序模块间相对独立，但是实时性要求很高。由于嵌入式实时操作系统会占用一部分系统资源，影响系统的实时性，增加系统设计难度，所以，我们没有移植嵌入式实时操作系统，而是使用简单时间调度方式。使用该调度方式可以使程序具有较好的健壮性和稳定性。系统采用定时器来产生系统调度的节拍，利用定时器中断程序进行调度。系统使用定时器0 产生系统的节拍，定时周期为1ms。系统利用PWM控制器的中断和四个比较寄存器控制交流伺服系统进给脉冲的生成。我