一种基于异构双核的提花手套机控制装置及控制方法
阅读说明：本技术 一种基于异构双核的提花手套机控制装置及控制方法 (Control device and control method for jacquard glove machine based on heterogeneous dual cores ) 是由 高明煜 吴浩杰 曾毓 于 2021-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于异构双核的提花手套机控制装置及控制方法。在以往的提花手套机控制系统中因手套机实际编织过程中控制器需要实时向各从机板下发控制命令。为确保编织过程中严格的时序性采用MCU作为核心控制器运行实时操作系统,但MCU受限片内的FLASH和RAM容量,其运算处理能力有限,故手套机的显示屏需另外处理器驱动显示,这使得控制器和显示屏需要额外的通信交互。本发明充分利用单芯片内置的核间共享内存通信方式,实现主处理器与协处理器之间的大数据量快速通信,避免复杂的总线通信协议,大幅提高了控制器的执行效率。(The invention relates to a control device and a control method for a jacquard glove machine based on heterogeneous dual cores. In the prior jacquard glove knitting machine control system, a controller needs to issue control commands to each slave board in real time in the actual knitting process of the glove knitting machine. In order to ensure strict time sequence in the knitting process, the MCU is adopted as a core controller to run a real-time operating system, but the MCU is limited by the capacity of FLASH and RAM in the slice, and the operation processing capability is limited, so that a display screen of the glove knitting machine needs to be driven by an additional processor for display, and the controller and the display screen need to be additionally communicated and interacted. The invention makes full use of the inter-core shared memory communication mode built in the single chip, realizes the large data volume fast communication between the main processor and the coprocessor, avoids complex bus communication protocol, and greatly improves the execution efficiency of the controller.)
技术领域
本发明属于提花手套机技术领域，具体为基于异构双核的提花手套机控制装置及控制方法。
背景技术
近年来，人们对于手套品质和外形的个性化要求不断提高，国内手套需求量越来越大，手套已经成为人们日常生活的必需品。自动提花手套机控制器的设计成为当前国内智控纺织行业重点的研究对象。自动提花手套机拉动传统纺织行业朝智能制造的方向升级，从而满足市场更快速、个性化的需求响应，提高手套机的自动化程度以及编织效率。目前提花手套机控制器硬件设计方案主要有：1)基于DSP的手套机控制器；2)基于ARM的手套机控制器：
基于DSP的手套机控制器，该方案利用DSP作为处理器，DSP拥有浮点型数据计算函数库，运算执行效率高，此外片内含有串口通信和CAN标准通信接口，方便于上位机进行调试并通过CAN总线与从机板进行通信。但DSP没有丰富的外设接口，操作人员无法通过U盘、SD卡等设备导入文件信息，满足手套编织个性化需求。
基于ARM的手套机控制器，该方案采用ARM芯片作为核心处理器，负责整个手套编织工作流程的控制，并通过CAN总线向其他控制单板下达控制命令。采用MCU作为核心处理器，执行任务效率高，能够满足高速手套编织过程中的强实时性的控制要求。但MCU本身存在无法支持复杂的图形界面显示以及丰富的外设接口扩展。实际应用中往往需要显示屏以及控制器两块单板，两块单板之间存在大量的数据通信，造成不必要的总线占用，影响总线通信效率。基于MCU的嵌入式开发平台，由于工作频率、内存以及存储都不大，难以运行较大的应用程序，开发人员在开发应用程序难度大，花费时间多。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种基于异构双核的手套机控制装置。
本发明采用的技术方案是：一种基于异构双核的手套机控制装置，包括异构双核微处理器、电源模块、数据存储模块、数据传输模块、实时控制模块、人机交互模块、总线通信模块，其中实时控制模块包括主伺服机头控制模块、电磁铁选针器控制模块、度目参数控制模块、信号传输模块；异构双核微处理器中主处理器的第一信号端与数据存储模块的信号端双向连接，第二信号端与数据传输模块的第一信号端双向连接，第三信号端与人机交互模块的信号端双向连接；异构双核微处理器中协处理器的信号端与总线通信模块的第一信号端双向连接；总线通信模块的第二信号端与实时控制模块的信号端双向连接；数据传输模块的第二信号端与本地服务器的信号端双向连接；电源模块为其他模块供电。总线通信模块的第二至五信号输出端分别伺服电机控制模块的信号端、电磁铁选针器控制模块的信号端、度目参数控制模块的信号端、信号传输模块的信号端双向连接；
所述异构多核微处理器采用STM32MP157作为核心控制器，片内含有双核CortexA7主处理器、Cortex M4协处理器。主处理器与协处理器之间信息交互采用核间共享内存的方式，其中一个处理器将需要交互的信息存入共享内存中，另一个处理器从共享内存中获取信息，完成一次信息交互。
所述的数据存储模块包括DDR3L存储器、EMMC存储介质，用于存储手套机控制程序以及编织花型文件；
所述的数据传输模块采用千兆以太网电路。
所述人机交互模块，包括显示屏；用于显示手套机机型参数，编织花型文件的选择，以及显示编织进度的实时手套图案；
所述的主伺服机头控制模块用于控制主伺服电机的转速以及方向，通过主伺服编码器电路获得机头的位置信息，并通过总线通信模块反馈给协处理器。
所述的电磁铁选针器控制模块用于控制以及驱动机头上的选针器、动作三角电磁铁来完成手套编织的动作，并将选针器、动作三角电磁铁的执行情况通过总线通信模块反馈给协处理器。
所述的度目参数控制模块包括度目电机驱动电路，用于控制度目电机来控制度目三角，从来改变每一动作行编织中度目三角的位置，从而实现纱线松紧度的调整。
所述的信号传输模块用于接收手套机机身中机头零位和限位以及挡板、断纱传感器信号并经总线通信模块反馈给协处理器，以及接收经总线通信模块传输的协处理器发出的报警信号灯、机头吹风、剪刀吹风的控制命令并输出对应的信号给相应硬件单元。
所述的总线通信模块采用FDCAN总线通信的方式。
本发明的另一个目的是提供上述一种基于异构双核的手套机控制方法，具体包括以下步骤：
S1、异构双核控制器中主处理器运行用户GUI，从外部存储设备中导入编织花型文件到本地数据存储模块；
S2、异构双核控制器中主处理器对编织花型文件进行花型解析，校验当前编织花型文件和手套机机器参数是否匹配，校验通过后获取编织命令动作行信息、手套花样图案和手套编织数量；主处理器将编织动作行信息存储至共享内存，并通过核间共享内存的方式允许协处理器获取编织动作行信息。
S3、协处理器实时获取各监测手套机硬件单元传感器信号，以及接收主处理器下发的控制命令；当协处理器接收到的主处理器下发的“开始编织”控制命令，并进入步骤S4；当协处理器接收到的主处理器下发的“停止编织”、“急停”等控制命令，协处理器发送停止控制动作命令给手套机相应硬件单元。
S4、手套编织过程中，协处理器从共享内存中实时获取当前准备编织的动作行及其上下动作行相关的动作行信息，然后解析为当前动作行的手套机相应硬件单元控制动作命令；然后按照手套编织时序，协处理器发送当前准备编织动作行的控制动作命令给手套机相应硬件单元；
同时协处理器根据监测手套机硬件单元传感器信号，获知手套机硬件单元执行状态；其中执行状态包括异常状态、工作完成状态；协处理器将手套机硬件单元已完成的编织动作行信息存储至共享内存；
S5、主处理器从共享内存实时获知已完成的当前编织动作行信息，然后在GUI进程中绘制编织进度的实时手套图案并在人机交互模块的显示屏上进行动态展现；
实时工艺图案的绘制，是将已完成的当前编织动作行信息中动作行行号与编织花型文件的手套花样图案进行比对：每完成一行编织动作行，即刷新显示一行手套花样图案，未完成编织的花样图案以黑底色显示；同时判断当前动作行行号是否小于手套花样图案总花样行，若是返回步骤S3继续进行编织任务以及工艺图案的绘制，若否则认为当前单只手套已全部编织完成，进入步骤S6。
S6、主处理器下发“停止编织”控制命令给协处理器。
S7、主处理器判断当前已完成编织的手套数量是否已达到手套编织数量；若是，则主处理器下发“开始编织”控制命令给协处理器，并进入步骤S4；若否则进入步骤S8；
S8、主处理器通过数据传输模块将当前手套机编织完成数量上传到本地服务器。
本发明的有益效果是：
1)由于手套编织的动作行序列对应的数据量较大，以往的多核控制，通常使用外部高速总线实现核间大数据量通信，容易因外部干扰、软件协议等因素影响通信速率和控制效率。本发明充分利用单芯片内置的核间共享内存通信方式，实现主处理器与协处理器之间的大数据量快速通信，避免复杂的总线通信协议，大幅提高了控制器的执行效率。
2)与单一的一个已编织行数或编织进度百分比相比，本发明采用实时工艺图案能让用户对编织进度有一个形象的了解。
本发明基于双核异构的提花手套机控制器相比于传统手套机控制器，性能提升，结构优化，通信接口丰富。利用双核异构的优势，在一块单板上实现基于Linux系统的手套机用户界面应用程序开发，以及基于RTOS实时操作系统的底层编织程序开发。利用双系统的开发环境，主处理器在人机交互和文件传输数据处理中发挥高性能的优势，协处理器在实时控制中发挥强实时性的优势。利用异构双核架构的微处理器，解决了以往双系统跨芯片传输占用大量资源的缺陷，同时在手套编织过程中能够实时反馈判断编织错误信息以及通过每个动作行计算出实际编织花型图案在显示屏中显示。
附图说明
图1是本发明装置的系统框架图。
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例，对本发明作进一步详细说明。此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示一种基于异构双核的手套机控制装置，包括异构双核微处理器、电源模块、数据存储模块、数据传输模块、实时控制模块、人机交互模块、总线通信模块，其中实时控制模块包括主伺服机头控制模块、电磁铁选针器控制模块、度目参数控制模块、信号传输模块；异构双核微处理器中主处理器的第一信号端与数据存储模块的信号端双向连接，第二信号端与数据传输模块的第一信号端双向连接，第三信号端与人机交互模块的信号端双向连接；异构双核微处理器中协处理器的信号端与总线通信模块的第一信号端双向连接；总线通信模块的第二信号端与实时控制模块的信号端双向连接；数据传输模块的第二信号端与本地服务器的信号端双向连接；电源模块为其他模块供电。总线通信模块的第二至五信号输出端分别伺服电机控制模块的信号端、电磁铁选针器控制模块的信号端、度目参数控制模块的信号端、信号传输模块的信号端双向连接；
所述异构多核微处理器STM32MP157作为核心控制器，片内含有双核Cortex A7主处理器和Cortex M4协处理器，利用片内异构双核的优势，通过共享内存的方式交换数据，省去了显示屏与主控板之间频繁的信息交互。主处理器的基础上运行Linux系统，借助Linux平台极大方便了开发者在图形界面以及驱动程序的开发，STM32MP157内部含有3DGPU加速器，能够使得显示画面更加流畅细腻。在协处理器的基础上运行RTOS系统，大大提升了手套编织过程中强实时性，简化了原先手套机系统多板冗余的问题，手套机控制系统优化，增强了整个系统的性能和稳定性。
所述的数据存储模块包括DDR3L存储器、EMMC存储介质，用于存储手套机控制程序以及编织花型文件；其中DDR3L存储器为MT41K256M16，内存大小为512MB，数据接口为16bit，工作频率为533MHz；EMMC存储介质为KLM8G1GETF，使用行业MMC协议v5.1标准,具有8GB存储容量，满足大容量存储需求。
所述的数据传输模块采用千兆以太网电路，具体选用RTL8211作为板载的千兆以太网PHY。操作人员通过网线将各台手套机控制系统连入交换机，通过以太网可以查看整个生产车间每台手套机的工作状态，编织数量以及工作异常提示。
所述人机交互模块，包括7寸电阻触摸显示屏、按键模块、USB接口、SD卡槽；显示屏用于显示手套机机型参数、编织花型文件的选择、以及显示编织进度的实时手套图案，RGB接口，1024*600分辨率，色彩细腻，可视角好。、按键模块采用5*6的30键矩阵按键，按键功能包括数字键盘、方向键盘、确认取消等功能选择按键。
所述的主伺服机头控制模块用于控制主伺服电机的转速以及方向，通过主伺服编码器电路获得机头的位置信息，并通过总线通信模块反馈给协处理器。、所述的主伺服电机编码器电路，由26LS32差分转单端芯片以及编码器接口组成。
所述的电磁铁选针器控制模块用于控制以及驱动机头上的选针器、动作三角电磁铁来完成手套编织的动作，并将选针器、动作三角电磁铁的执行情况通过总线通信模块反馈给协处理器。
所述的度目参数控制模块包括度目电机驱动电路，用于控制度目电机来控制度目三角，从来改变每一动作行编织中度目三角的位置，从而实现纱线松紧度的调整。所述度目电机驱动电路选用L6474作为步进电机驱动芯片。
所述的信号传输模块用于接收手套机机身中机头零位和限位以及挡板、断纱传感器信号并经总线通信模块反馈给协处理器，以及接收经总线通信模块传输的协处理器发出的报警信号灯、机头吹风、剪刀吹风的控制命令并输出对应的信号给相应硬件单元。
所述的总线通信模块采用FDCAN总线通信的方式，采用数字隔离芯片ISO1042作为FDCAN通信芯片。FDCAN相比于原先标准CAN通信，每帧传输数据量大，传输速率快的优势，使得提花手套机控制系统实时下发的控制命令以较小的时延到达各个从板，提高整个系统的速度响应，缩短手套编织的时间。
如图2所示基于上述装置的控制方法，具体包括以下步骤：
S1、异构双核控制器中主处理器运行用户GUI，从外部存储设备(U盘或者SD卡)中导入编织花型文件到本地数据存储模块；
S2、异构双核控制器中主处理器运行花型解析程序，校验当前编织花型文件和手套机机器参数是否匹配，校验通过后获取编织命令动作行信息、手套花样图案和手套编织数量；主处理器将编织动作行信息存储至共享内存，并通过核间共享内存的方式允许协处理器获取编织动作行信息。
S3、协处理器实时获取各监测手套机硬件单元传感器信号，以及接收主处理器下发的控制命令；当协处理器接收到的主处理器下发的“开始编织”控制命令，并进入步骤S4；当协处理器接收到的主处理器下发的“停止编织”、“急停”等控制命令，协处理器发送停止控制动作命令给手套机相应硬件单元。
所述的协处理器发送停止控制动作命令给手套机相应硬件单元为协处理器经总线通信模块发送控制指令给主伺服机头控制模块、电磁铁选针器控制模块、度目参数控制模块，并经由主伺服机头控制模块、电磁铁选针器控制模块、度目参数控制模块控制手套机相应硬件单元。
S4、手套编织过程中，协处理器从共享内存中实时获取当前准备编织的动作行及其上下动作行相关的动作行信息，然后解析为当前动作行的手套机相应硬件单元控制动作命令；然后按照手套编织时序，协处理器发送当前准备编织动作行的控制动作命令给手套机相应硬件单元；
所述的协处理器发送当前准备编织动作行的控制动作命令给手套机相应硬件单元为协处理器经总线通信模块发送控制指令给主伺服机头控制模块、电磁铁选针器控制模块、度目参数控制模块，并经由主伺服机头控制模块、电磁铁选针器控制模块、度目参数控制模块控制手套机相应硬件单元。
协处理器根据监测手套机硬件单元传感器信号，获知手套机硬件单元执行状态；其中执行状态包括异常状态、工作完成状态；协处理器将手套机硬件单元已完成的编织动作行信息存储至共享内存；
所述的协处理器实时获取各监测手套机硬件单元传感器信号为协处理器通过总线通信模块经信号传输模块获取手套机机身中机头零位和限位以及挡板、断纱传感器信号。
所述的相应硬件单元控制动作如普通的IO端口输出、纱嘴电机移动、机头伺服移动、机头选针动作和电磁铁动作等等。
S5、主处理器从共享内存实时获知已完成的当前编织动作行信息，然后在GUI进程中绘制编织进度的实时手套图案并在人机交互模块的显示屏上进行动态展现；每编织完成一行动作行，主处理器更新当前实时手套图案。
实时工艺图案的绘制，是将已完成的当前编织动作行信息中动作行行号与编织花型文件的手套花样图案进行比对：每完成一行编织动作行，即刷新显示一行手套花样图案，未完成编织的花样图案以黑底色显示；同时判断当前动作行行号是否小于手套花样图案总花样行，若是返回步骤S3继续进行编织任务以及工艺图案的绘制，若否则认为当前单只手套已全部编织完成，进入步骤S6。
所述的手套花样图案为一个300x1000点阵大小的位图图片，表示手套宽度最大150点，高度最大1000花样行的手套花样，因为每个手套花样包括正反两面图案，所以最大150点的一行手套花样，需要用一行300字节来存储。每行花样中的一个点颜色信息占一个字节，绘制图案时，字节数值为0默认黑色，其余255个数值对应255个花样颜色。
S6、主处理器下发“停止编织”控制命令给协处理器。
S7、主处理器判断当前已完成编织的手套数量是否已达到手套编织数量；若是，则主处理器下发“开始编织”控制命令给协处理器，并进入步骤S4；若否则进入步骤S8；
S8、主处理器通过数据传输模块将当前手套机编织完成数量上传到本地服务器。
以上所述仅为本发明的较佳实施方法而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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