2023年12月18日发(作者：)

设计与研究Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒ洲『ｃｈ　基于ＦＰＧＡ的ＰＣＩ—ＧＬＩＮＫ总线协议芯片实现　张赞秋　吴　超　江世琳　高　岩　李　俊　（大连光洋科技工程有限公司，辽宁大连１１６６００）　摘　要：介绍了如何采用ＦＰＧＡ实现ＧＬＩＮＫ协议的总线控制器主控芯片设计。　关键词：ＰＣＩ　ＧＬＩＮＫ　ＦＰＧＡ　ＶＨＤＬ现场总线　中图分类号：ＴＰ３３６　文献标识码：Ａ　Ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ＰＣＩ－ＧＬＩＮＫ　ｂｕｓ　ＩＣ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　ＺＨＡＮＧ　Ｚａｎｑｉｕ，ＷＵ　Ｃｈａｏ，ＪＩＡＮＧ　Ｓｈｉｌｉｎ，ＧＡＯ　Ｙａｎ，ＬＩ　Ｊｕｎ　（Ｄａｌｉａｎ　Ｇｕａｎｇｙａｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｌｉａｎ　１　１　６６００，ＣＨＮ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ＰＣＩ　ｂｕｓ　ｔｏ　ＧＬＩＮＫ　ｍａｓｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＩＣ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　ａｎｄ　ＶＨＤＬ　ｉｓ　ｒｅａ］一　ｉｚｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＣＩ；ＧＬＩＮＫ；ＦＰＧＡ；ＶＨＤＬ；Ｆｉｅｌｄ　Ｂｕｓ　ＧＬＩＮＫ协议是光洋公司根据数控实际生产需要　市场上常见的ＳＥＲＣＯＳ、ＰｒｏｌｉＢｕｓ等数控领域现场　自主开发的一套串行实时高速的数据通信协议标准。　由于该标准中所有的数据结构和链路标准都系光洋自　主提出，且和其他的数控协议标准不完全兼容，因而市　面上常见各种协议芯片都不能用来进行ＧＬＩＮＫ协议　的解析　总线控制器都是通过专用的协议芯片来完成控制功能　的。这些协议芯片和上位机之间通信和交换数据都是　通过主板的板上总线实现实时数据交换的。但是这些　芯片本身不带有适合主板板上总线（通常是ＰＣＩ总　线）的总线控制部分，因而需要桥芯片来完成主板板　参考文献　形式，幅值相对较大，只不过方向略有不同，这种情况　下直接影响加工精度和台钻的动态性能。　［１］廖伯瑜，周新民，尹志宏．现代机械动力学及其工程应用——建模、　分析、仿真、修改、控制、优化［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４．　４　结语　传统的动态分析方法是采用有限元分析的方法对　产品进行模拟分析。由于机床结构相对比较复杂，在　模拟时存在很多理论假设和边界条件以及支撑刚度和　连接刚度的确定，因此很难对其进行准确动态分析，因　而也不宜进一步有效地进行产品的结构设计及生　产　］。　［２］王立华，罗建平，刘泓滨，等．铣床关键结合面动态特性研究［Ｊ］．振　动与冲击，２００８，２７（８）：１２５—１２９．　［３］张义民，张守元，李鹤，等．运行模态分析中固有模态和谐波模态区　分方法研究［Ｊ］．振动与冲击，２００９，２８（１）：６４—６７．　［４］张兆德，王德禹．基于模态参数的海洋平台损伤检测［Ｊ］．振动　冲　击，２００４，２３（３）：５—１０．　［５］Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｍｏｄａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ—ａｎｏｔｈｅｒ　ｗａｙ　ｏｆ　ｄｏｉｎｇ　ｍｏｄａｌ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｆ　Ｃ］．　Ｂ＆Ｋ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒ，２００２．　［６］骆志高，李举，王祥，等．　于试验模态分析的溥壳塑件刚度研究　［Ｊ］．振动与冲击，２００９，２８（４）：１８５—１８７．　［７］王锋，唐国金，李道奎．基于模态价值分析的结构动力学模型降阶　（１）以增强频域分解技术为基础，简单而合理简　化模型，得到台钻的准确试验模态，较好地反映台钻的　动态特性。　［Ｊ］．振动与冲击，２００６，２５（３）：３５—４０．　［８］ＬＩＡＯ　Ｓ　Ｊ，ＣＨＡＮＧ　Ｄ　Ｙ，Ｃｈｅｎ　Ｈ　Ｊ．Ｏｐｔｉｍａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ａｎｄ　ｗａｒｐａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｉｎ—ｗａｌｌ　ｐａｒｔｓ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００４，４４（５）：９１７—９２８．　（２）通过此次分析，为台钻的改进结构设计提供　重要的参考资料，为使用台钻进行加工产品提供一些　操作注意事项（见上述振型分析），同时还可以为进一　第一作者：陈永会，男，１９７５年生，讲师，主要研究　方向试验模态分析、状态检测与故障诊断。　（编辑　周富荣）　（收稿日期：２０ｌ１一Ｏｌ—ｌ】）　文章编号：ｌ１１２３０　如果您想发表对本文的看法．请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。　步的动态修改提供基础信息。　（３）台钻的试验模态分析为进一步研究其关键结　合面的动态特性奠定了基础。　；　；　ｐ　２ｏ　ｌｌ￣　ｇ　１２　

上总线的数据转换。这会给硬件系统设计带来如下问　题：（１）成本高；（２）硬件设计复杂；（３）调试复杂。　１　实现方案　使用的仿真器件为ＦＰＧＡ，采用ＶＨＤＬ语言编程，　保证编写代码的可移植性。　采用自下而上的方法，按照功能划分模块，分别用　ＶＨＤＬ编写小的功能模块。顶层的文件采用ＶＨＤＬ语　言的ｍａｐ方式连接，这样文件的可移植性好，而且便　于后来者读懂。　内部模块框图如图１所示。根据功能设计要求，　该芯片内部主要包含如下几个模块的设计：　●－●●－－●－●－●＿－－＿＿－＿－●●●－　：高速数据缓存区　图１内部功能模块图　１．１主板总线协议控制　完成主板总线和芯片内部其他部分的数据交换。　总线有效时将总线数据解析存储到外部高速数据缓存　区，供数控总线协议部分读取；从高速数据缓冲区读取　从设备反馈数据，通过主板总线传送给上位机软件。　１．２数控总线协议控制　在插补周期内，读取高速数据缓冲区数据，转化成　系统采用的数控协议，发送到从设备；读取从设备数　据，解析提取成主板总线能够接受的形式存放到高速　数据缓冲区，等待主板总线读取。　１．３高速缓存区读写控制部分　完成对外部高速缓存区的读写控制。　１．４机床参数读写控制部分　完成对机床数据存储区的读写控制。　１．５物理层控制部分　完成对所采用总线物理层芯片的控制。　、　；　‘Ｖ。　平弗。￡删　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａ　设计与研究　１．６电源监控部分　完成该芯片所在板卡的板上电源部分的监控。　１．７数控系统监控和使能部分　通过主板总线对上位机软件的状态完成判断，并　通过数控总线对从设备的状态和反馈的外部信息进行　综合判断，给出数控使能信号，用于机床强电，可靠性　以及安全方面的控制。　由于主板总线的时钟周期和数控协议控制部分的　时钟周期不能够完全达到同步，同时数控协议的总线　传输速率非常高，会形成大量的数据。因此需要在芯　片外部提供一个大容量的ＲＡＭ，保证数据交换的顺　畅，防止出现数据访问冲突和不同步。所以在芯片内　部做了外部总线接口用来交互数据。同时由于每台机　床的初始化时期，都会有针对不通的伺服驱动器和电　动机的配置参数，通常这些参数应该是系统断电之后　不丢失的，机床重新上电之后通过ＰＣＩ访问这些数据，　以确认自己本身目前的配置是否正常。因此在　ＧＤＳ０６Ｂ芯片内部还设计了一个访问外部带电池的　ＳＲＡＭ的总线控制接口。　２工作流程　数控软件通过ＰＣＩ总线接口访问ＧＤＳ０６Ｂ芯片，　ＰＣＩ总线控制器分析这些数据转化成ＧＬＩＮＫ模块能　够接受的数据存储到共享ＲＡＭ区，ＧＬＩＮＫ控制器在　插补始终周期之内将该数据读走，并完成ＧＬＩＮＫ协议　解析，把数据发送到ＧＬＩＮＫ从设备，以进行相应的控　制；从设备的数据在固定的插补周期返回到ＧＬＩＮＫ控　制器，ＧＬＩＮＫ控制器接收这些数据并把它们放进共享　ＲＡＭ区间，下一个ＰＣＩ始终周期ＰＣＩ总线控制器读取　这些数据，并把它们返回给ＣＮＣ软件，完成一个控制　循环。　３　ＧＬＩＮＫ的优势　与传统的技术方案相比，采用ＰＣＩ—ＧＬＩＮＫ技术方　案具有以下优势：　（１）单片集成。芯片中集成了主板总线控制器和　数控总线协议解析以及物理层控制等主要部分。　（２）功耗低。所采用ＦＰＧＡ为低功耗产品，同时　由于提高集成度，板上芯片减少，功耗自然降低。　（３）有效的简化电路设计。单芯片电路设计简　单。　（４）降低调试复杂度。单芯片电路调试简单。　（５）降低成本。　参考文献　

设计与研究Ｄｅｓｉｇｎａｎｄ　Ｒｅｓｅ口『ｃｈ　基于牛顿一拉普森及Ｈｅｒｔｚ理论的轴承性能分析　康文龙李琳琳　（辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新１２３０００）　摘要：根据深沟球轴承的工作特点和负载条件，建立简化力学模型并定义载荷条件和边界条件。通过对模　型的计算分析，找出深沟球轴承的最大应力位置和应力分布规律图。然后在由ＡＮＳＹＳ转化成节点　及元素组成的有限元模型中，运用完全牛顿一拉普森方法进行接触应力的静力学求解，最后根据　Ｈｅｒｔｚ椭圆形点接触理论，用微积分的方法求出轴承的刚度变形和应力与位移的关系。这种利用有　限元分析软件与基础理论联合求解刚度的方法更精确、更有效、更实用可靠，为滚动轴承的选择和维　护使用提供了更多依据，计算方法也便于工程应用。　关键词：深沟球轴承有限元接触理论刚度　中图分类号：ＴＨ１３３．３３　文献标识码：Ａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｎｅｗｔｏｎ－－Ｒａｐｓｏｎ　ａｎｄ　Ｈｅｒｔｚ　ｔｈｅｏｒｙ　ＫＡＮＧ　Ｗｅｎｌｏｎｇ，ＬＩ　Ｌｉｎｌｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ　１　２３０００，ＣＨＮ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｇｒｏｏｖｅ　ｂａｌｌ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｌｏａｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｉｔ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ　ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｄｅｆｉｎｅｓ　ｔｈｅ　ｌｏａｄｓ　ａｎｄ　ｂｏｕｎｄａｒｙ，ａｎｄ　ｆｉｎｄｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｘｉ・　ｍｕｍ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｉｇｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｇｒｏｏｖｅ　ｂａｌｌ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｂｙ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅ１．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｍａｄｅ　ｏｆ　ｎｏｄｅｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｃｏｎｖｅｒｓｅｄ　ｂｙ　ＡＮＳＹＳ，ｉｔ　ｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｌｌ　Ｎｅｗｔｏｎ—Ｒａｐｓｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｓｏｌｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｓｔｒｅｓｓ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｉｔ　ｏｂｔａｉｎｓ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｉｆｆ－　ｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃａｌｃｕｌｕｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ　ｐｏｉｎｔ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｈｅｒｔｚ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｔｈｅｏｒｙ　ｆｏｒ　ｓｏｌｖｉｎｇ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｏｆ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ，ｍｏｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ｍｏｒｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｈａｖｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｍｏｒｅ　ｇｕｉｄｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｒｖｅ　ｏｆ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｂｅａｒｉｎｇ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｅｅｐ　Ｇｒｏｏｖｅ　Ｂａｌｌ　Ｂｅａｒｉｎｇ；Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ；Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｔｈｅｏｒｙ；Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　深沟球轴承摩擦系数小并且极限转速高，尺寸和　形式变化多样，坚实耐用，通用性强，运行时噪声较低，　也可承受一定的轴向载荷。当深沟球轴承受到一定的　径向载荷时，滚动体由于刚性原因会发生变形，从而引　常用于煤矿机械、各种机床、汽车、摩托车、精密仪表、　低噪声电机等一般机械中，是机械工业中应用最为广　泛的一类轴承。深沟球轴承主要用来承受径向载荷，　［１］夏继强，邢春香，耿春明，等．工业现场总线技术的新进展［Ｊ］．北京　航空航天大学学报，２００４（４）．　起转轴与轴承座即壳体产生相对位移，轻则影响传动　精度，重则会导致噪声、震动，甚至损坏机械。本文即　利用有限元分析软件和接触理论对受一定径向载荷的　ｌ　Ｊ　Ｊ．制造技术与机床，２００３（１２）．　第一作者：张赞秋，男，１９８２年生，工程师，主要从　事数控领域的电子电路、芯片设计、传感检测、信息控　制等专业的技术和产品研发。　（编辑谭弘颖）　（收稿日期：２０１１—０６—０８）　［２］Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ　Ｊａｍａｓ　Ｒ，Ｇｒａｙ　Ｆ　Ｇａｉ　ｔｈｅｓｉｓ［Ｍ］．２ｒｄ　ｅｄ．　［３］郇极，尹旭峰．基于数字伺服现场总线技术的开放式数控系统［Ｊ］．　中国机械工程，１９９９，１０（１０）．　［４］程晓琳，徐用懋．现场总线控制网络模型　网络集成［Ｊ］．测控技术，　２０００（１）．　［５］康存锋，陈ｐ福，费仁元，等．ＳＥＲＣＯＳ技术在机床数控上的应　１０６　・　文章编号：１１１２３１　如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。　・　ＬＵ　０‘ｌ年　０　畏｜】