【正文】 核向多核發(fā)展，為高端的嵌入式應(yīng)用提供了強(qiáng)大的處理平臺(tái)。 ARM9E(E 表示增強(qiáng) DSP 指令 )處理器作為可綜合的處理器，使用單一的處理器內(nèi)核，提供微處理器、 DSP、 Java 應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，廣泛運(yùn)用于工業(yè)控制、無(wú)線通信設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等領(lǐng)域。 ARM9 微處理器是 ARM7 處理器的升級(jí)，是高性能和低功耗處理器的代表，采用 ，廣泛運(yùn)用于無(wú)線設(shè)備、儀用儀表、數(shù)字成像、數(shù)字機(jī)頂盒和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中。 14 ARM7 處理器是低功耗的 32 位微處理器，最適合于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用，廣泛運(yùn)用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域。 目前， ARM 處理器有以下幾個(gè)系列的產(chǎn)品： ARM7TDMI、 StrongARM ARM720T、 ARM9TDMI、 ARM922T、 ARM940T、 RM946T、 ARM966T、 ARM10TDM1 等。 隨著 ARM 技術(shù)的發(fā)展，新的 ARM 處理器還集成了以下幾個(gè)主要特點(diǎn)。 ARM 微處理作為典型 32 位 RISC 架構(gòu)的處理器，廣泛運(yùn)用于工控設(shè)備、智能儀表、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電子商務(wù)、信息家電、智能玩具、通信設(shè)備、移動(dòng)存儲(chǔ)以及軍事電子領(lǐng)域。 13 2 相關(guān)技術(shù) 簡(jiǎn)介 ARM 原理簡(jiǎn)介 ARM 處理器概述 ARM 公司自 1990 年正式成立以來(lái)，在 32 位 RISC(Reduced Instruction Set Computer)開發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從 V3 發(fā)展到 V6。現(xiàn)在世界各國(guó)的知名機(jī)床制造商 (比如以發(fā)展?jié)L珠絲杠驅(qū)動(dòng)聞名于世的日本 Mazak 公司和韓國(guó)的大宇公司 )都紛紛推出直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床，而德國(guó)的 DMG 公司， 2020 年便已銷售裝有直線電機(jī)的機(jī)床約 1000 臺(tái)， 2020 年要翻番，計(jì)劃為 2020 臺(tái)。例如，美國(guó) Ingersoll 銑床公司生產(chǎn)的HVM800 高速臥式加工中心， X、 Y、 Z 三軸都采用永磁同步直線伺服電機(jī)，最大進(jìn)給速度可達(dá) ，最大加速度 。目前這些問題都已得到不 同程度的解決，采用者愈來(lái)愈 12 多。 直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)也存在一些缺點(diǎn)和問題，除控制難度大 (中間沒有緩沖環(huán)節(jié)和存在端部效應(yīng) )外，還存在強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)周邊產(chǎn)生磁干擾，影響滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命，同時(shí)給排屑、裝配、維修帶來(lái)困難，以及發(fā)熱大、散熱條件差。 e. 軌跡誤差小，高速下可 獲得良好的定位精度。 采用模塊結(jié)構(gòu) , 可接長(zhǎng)適應(yīng)不同行程要求。運(yùn)行平穩(wěn)，位置精度高 (基本上取決于位置反饋檢測(cè)元件 )。m/s。 現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)，很容易實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速，速度變化范圍可達(dá)1:10000 以上。 直 線電機(jī)直接和負(fù)載連接，沒有間隙，有更高的動(dòng)態(tài)剛度。目前使用直線電機(jī)的高速高精加工機(jī)床最大快移速度已達(dá) 208m/min，加速度 2g(Mazak 的 HMCF3660L 加工中心的水平 )，并且還有發(fā)展余地。但滾珠絲杠畢竟是機(jī) 械傳動(dòng)，從伺服電機(jī)到移動(dòng)部件間有一系列機(jī)械元件，勢(shì)必存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應(yīng)造成運(yùn)動(dòng)滯后和其它非線性誤差，目前滾珠絲杠副的移動(dòng)速度和加速度已提高較多，再進(jìn)一步提高的余地有限。 滾珠絲杠由於工藝成熟，應(yīng)用廣泛，不僅精度能達(dá)到較高 (ISO3408 1 級(jí) )，而且實(shí)現(xiàn)高速化的成本也相對(duì)較低，所以迄今仍為許多高速加工機(jī)床所采用。目前，國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心承擔(dān)了國(guó)家“ 十 五 ” 攻關(guān)計(jì)劃課題 “ 高速主軸單元的研究開發(fā)與應(yīng)用 ” ，正在為提升我國(guó)的電主軸單元技術(shù)水平而不斷努力。而高速電主軸單元技術(shù)是制約我國(guó)超高速加工技術(shù)的瓶頸。為了滿足國(guó)內(nèi)發(fā)展高速、高精度數(shù)控機(jī)床的需求，在 “ 九五 ” 期間通過攻關(guān)，我國(guó)開發(fā)出了主軸功率為 ～ 29kW、扭矩為 4～ 、能應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心的電主軸，并且已裝備了部分國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床。 當(dāng)代電主軸所使用的電機(jī)，不僅有異步交流感應(yīng)電機(jī)，還有永磁同步電機(jī)，后者在相同功率下，外形尺寸較小，且轉(zhuǎn)子為永久磁鐵不發(fā)熱。預(yù)計(jì)在 2020 年前，油氣潤(rùn)滑的陶瓷球軸承電主軸依然是主流，空氣靜壓軸承、電主軸和磁懸浮軸承電 主軸仍會(huì)比較少。m，軸向竄動(dòng)小于 1181。主軸與刀具的接口以適合高速加工的 HSK 等接口為主，但也可選擇傳統(tǒng)的 7:24 錐孔。 當(dāng)前高速高精加工機(jī)床一般都使用矢量控制的變頻驅(qū)動(dòng)電主軸，常內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相位控制以及與進(jìn)給的準(zhǔn)確配合，電機(jī)定子和主軸軸承用恒溫水循環(huán)冷卻。 f. 高頻變頻裝置 。 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。 為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對(duì)電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。太多，在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因油的阻力而發(fā)熱。而油氣潤(rùn)滑，指的是潤(rùn)滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。所謂定時(shí)，就是每隔一定的時(shí)間間隔注一次油。 電主軸的潤(rùn)滑一般采用定時(shí)定量油氣潤(rùn)滑 。有時(shí)也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內(nèi)外圈不接觸，理論上壽命無(wú)限 。 b. 高速軸承技術(shù) 。 電主軸是電動(dòng)機(jī)與主軸融合在一起的產(chǎn)物，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn) 部分，理論上可以把電主軸看作一臺(tái)高速電動(dòng)機(jī)。在應(yīng)用中，必須妥善解決這些技術(shù)難題，才能確保電主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)和精密加工的可靠性。電主軸具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，并可改善機(jī)床的動(dòng)平衡，避免振動(dòng)和噪聲，在超高速切削機(jī)床上得到了廣泛的應(yīng)用。超高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)超高速加工的物質(zhì)基礎(chǔ)，而高速主軸單元?jiǎng)t是超高速機(jī)床的 “ 核心 ” 部件，它的性能直接決定了機(jī)床的超高速加工性能。 為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如大功率高速電主軸、高加 /減速度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。工作臺(tái)的移動(dòng)速度 (進(jìn)給速度 ):在分辨率為 1181。高速電主軸單元轉(zhuǎn)數(shù)在 30000r/min(有的高達(dá) 1179。從 80 年代開始，由于數(shù)控機(jī)床的主軸、進(jìn)給系統(tǒng)等功能部件的突破，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度都大幅度提高，以及制造技術(shù)的全面進(jìn)步，使金屬切削加工進(jìn)入了高速切 9 削的新階段。通用型驅(qū)動(dòng)器的出現(xiàn)，將大大降低機(jī)床用進(jìn)給系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)的硬件 成本。它按功率可分成 5 個(gè)等級(jí)，其中等級(jí) 1(輸出功率為 ～ 4kW)為基本單元，等級(jí) 5 額定功率為 120kW(它由基本單元加上擴(kuò)展功率單元組成 )，最多可 8 臺(tái)并聯(lián)，組成 1000kW 功率輸出。 CT 公司在 1996 年推出了通用型驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品。 以英國(guó)的 CT 公司的 Unidrive 產(chǎn)品和德國(guó) AMK 公司的AMKASYN 產(chǎn)品為代表，使變頻器登上了新的舞臺(tái)。m 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也顯得平滑而無(wú)爬行。另外，伺服電動(dòng)機(jī)本身也在向高速方向發(fā)展，與上述高速編碼器配合實(shí)現(xiàn)了 60m/min 甚至 100m/min 的快速進(jìn)給和 1g的加速度。傳統(tǒng)的具有 A、 B(兩相信號(hào)的編碼器，由于它不能兼顧分辨率和高速度，且信號(hào)線太多，從而影響了高精度、高速度的伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般選用無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和絕對(duì)值編碼器作為位置、速度傳感器。普遍采用的霍爾傳感器具有小于 1181。如模糊控制和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制 都不需要精確的對(duì)象模型和參數(shù)，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性。采用滑模變結(jié)構(gòu)控制可增強(qiáng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的魯棒性。這些技術(shù)的突破，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強(qiáng)，大大推動(dòng)了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。由于電力電子技術(shù)及控制理論、微處理器等微電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟件運(yùn)算及處理能力的提高，采用高速微處理器和專用數(shù)字信號(hào)處理器 (DSPDigital Signal Processor)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)后，使系統(tǒng)的計(jì)算速度大大提高，采樣時(shí)間大大減少。在當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)中，伺服技術(shù)取得的突 破可以歸結(jié)為 :交流伺服取代直流伺服、數(shù)字控制取代模擬控制、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制。交流伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件，可以和直流伺服電機(jī)一樣構(gòu)成高精度、高性能的半閉環(huán)或全閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于交流伺服電機(jī)內(nèi)是無(wú)刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對(duì)較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。這種交流伺服電機(jī)具有良好的伺服性能。從 70 年代末，數(shù)控機(jī)床逐漸采用異步電機(jī)為主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)。隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)代電機(jī)控制理論的發(fā)展， 1971 年，德國(guó)西門子的 Blaschke 發(fā)明了交流異步機(jī)的矢量控制法 。其主 要缺點(diǎn)是直 7 流伺服電機(jī)內(nèi)部有機(jī)械換向裝置，碳刷易磨損，維修工作量大，運(yùn)行時(shí)易起火花，給電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率的提高帶來(lái)較大的困難。開環(huán)系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)系統(tǒng)取代。 (2) 半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng) 采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件，可以采用內(nèi)裝于電機(jī)內(nèi)的脈沖編碼器，無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測(cè)速發(fā)電機(jī)作為位置 /速度檢測(cè)器件來(lái)構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，也可以采用直接安裝在工作臺(tái)的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)器件，來(lái)構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。不過步進(jìn)電機(jī)在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)。 伺服電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展概 況 現(xiàn)代電機(jī)控制理論發(fā)展使機(jī)床數(shù)控伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交流化、數(shù)字化、智能化機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，常用的伺服電機(jī)和控制系統(tǒng)有 : (1) 開環(huán)控制系統(tǒng) 采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件，無(wú)須位置和速度檢測(cè)器件，也沒有反饋電路，控制電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。這些數(shù)字在四五年前是沒有人會(huì)相信的，但事實(shí)證明 ARM技術(shù)正在被越來(lái)越多的數(shù)字產(chǎn)品選用。有了這樣一個(gè)大的創(chuàng)新平臺(tái)，中國(guó)企業(yè)足以更快的速度應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出更具創(chuàng)新性的產(chǎn)品。而 ARM體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品 ,已經(jīng)幾乎成為嵌人式 RISC芯片的壟斷機(jī)種 ,通過購(gòu)買合法授權(quán)就可以得到相關(guān)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù) ,在主流芯片的設(shè)計(jì)和制造中占有一席之地 ,相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)要小得多。 由于投資和風(fēng)險(xiǎn)巨大、缺少自主的核心技術(shù) ,雖然在中低端微處理器方面有了一定進(jìn)展 ,但在設(shè)計(jì)和制造高性能處理器芯片方面一直是我國(guó)業(yè)的 “ 芯病 ’ 痛 ,要達(dá)到當(dāng)代處理器的國(guó)際先進(jìn)水平 ,還難以在短期內(nèi)有大的突破。 ARM可以提供業(yè)界最廣泛的處理器選擇，從 1美元的 MCU到頻率達(dá)到 1GHz的CortexA8處理器；我們提供廣泛的工具和軟件，幫助工程師設(shè)計(jì)基于 ARM的系統(tǒng)；我們提供業(yè)界領(lǐng)先的 Artisam物理 JP，幫助客戶的設(shè)計(jì)能夠以最先進(jìn)的工藝生產(chǎn)；更重要的是， ARM Connected Community中有數(shù)百個(gè)成員，它們一起構(gòu)成了一個(gè)龐大而完善的生態(tài)系統(tǒng)，我們的合作伙伴能夠在其中找到合適的資源來(lái)幫助他們實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)。正是這樣一部完全由 “ 中國(guó)設(shè)計(jì) ” 并且 “ 中國(guó)制造 ” 的手機(jī)，具有卡拉 OK、 MP MPEG攝像、 USB等多種功能。重郵信科研制成功的全球第一顆采用 米工藝的 TDSCDMA手機(jī)核心芯片，大唐微電子的 COMIP芯片平臺(tái)，杰得微電子的中國(guó)第一顆 Z228，海思半導(dǎo)體的 WCDMA基帶芯片和IPTV及 DTV 多媒體芯片， 國(guó)微技術(shù)的 PCMIA CAM芯片，這些都是非常優(yōu)秀的創(chuàng)新。這其中的一個(gè)主要原因是缺乏創(chuàng)新。 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速崛起和人民生活水平的普遍提高， 中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)，中國(guó)電子產(chǎn)品企業(yè)的營(yíng)業(yè)收入也在逐年上升。 StrongARM系列： StrongARM 處理器將 Intel處理器技術(shù)和 ARM體系結(jié)構(gòu)融為一體，致力于為手提式通信和消費(fèi)電子類設(shè)備提供理想的解決方案。 SecurCore系列：包括 SC100、 SCll0、 SC200和 SC210處理器核。 RM10系列：包括 ARM1020E和 ARM1020E微處理器核。 ARM9E系列：為綜合處理器，包括 ARM926EJS、帶有高速緩存處理宏單元的ARM966ES、 ARM946ES。 ARM9系列：包括 ARM9TDMI、 ARM92OT和帶有高速緩存處理器宏單元的ARM940T。 ARM7系列：包括 ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、帶有高速緩存處理器宏單元 的ARM720T和擴(kuò)充了 Iazelle的 ARM7EJS。ARM6及更早的系列已經(jīng)罕見了， ARM7以后的核也不是都獲得廣泛應(yīng)用。 ARM公司開發(fā)了一系列 ARM處理器核。在 ARM的客戶名單中，全是業(yè)界耳熟能詳?shù)拿郑河⑻貭?、三星、德州儀器、摩托羅拉和美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體 等，幾乎涵蓋了所有芯片廠商。 2020年，全球 ARM處理器的發(fā)貨量達(dá)到 4億；到 2020年， ARM處理器就擁有超過 %的 RISC處理器的市場(chǎng)份額； 2020年則幾乎壟斷了全球嵌入式 RISC處理器市場(chǎng)。 在以后的幾年中， ARM憑借高超的技術(shù)和相對(duì)低廉的授權(quán)方式，贏得了不少客戶的青睞，這其中包括大名鼎鼎的夏普、 GEC Plessey、德州儀器和 Cirrus Logic等廠商。 ARM的第一個(gè)客戶就是蘋果電腦公司，為其新開發(fā)的 Newton掌上電腦提供高速度、低功耗 的 RISC（精簡(jiǎn)指令集算法）處理器。正是采用共生共存的合作方式， ARM為客戶創(chuàng)造利潤(rùn)的同時(shí)，也為自己覓得了商機(jī) 。值得注意的是，在 2020年第一季度， ARM專利使用費(fèi)用比上一季度大幅上漲了 33%，而其合作伙 伴賣出的芯片數(shù)量也 上升到 。這兩項(xiàng)專利技術(shù)收入分別占公司總收入的 40%和 30%。在體系結(jié)構(gòu)作重大修改的期間，會(huì)添加新的性能作為體系結(jié)構(gòu)的變體