【正文】 e 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能Intel 公司為了應(yīng)對市場需求，也生產(chǎn)了以ARM 為內(nèi)核的處理器Intel XScale 類型。ARM9TDMI 處理器內(nèi)核采用ARM V4T架構(gòu)，增加了可用的存儲器寬度、指令存儲器接口以及數(shù)據(jù)存儲器接口，可以支持16位Thumb 指令集和32位ARM 指令，ARM9 作為高性能的32位RISC 處理器內(nèi)核，可以實現(xiàn)對指令和數(shù)據(jù)存儲器的同時訪問。絕大多數(shù)嵌入式操作系統(tǒng)，如Liunx、Palm、Window CE等，可以方便地移植到ARM9中。ARM9 內(nèi)核處理器同樣支持32位和16位指令集，允許用戶在此兩種指令間切換。如果系統(tǒng)需要配置協(xié)處理器，將使用協(xié)處理器接口單元。管理存儲器系統(tǒng)，如Abort 存儲器異常信號線。管理系統(tǒng)存儲器Flash 以及RAM 存儲器，主要由32根數(shù)據(jù)線和32根地址線組成。配置系統(tǒng)狀態(tài)，主要由BIGEND 信號線控制系統(tǒng)是大端模型還是小端模式?jīng)Q定。提供系統(tǒng)所有芯片和器件的電源配置。由總線使能信號線DBE 和APE 信號線組成，主要用來控制系統(tǒng)總線時序。主要由外部中斷信號線組成，用來處理系統(tǒng)外部所有的請求中斷信號。由處理器模式信號線nM[4:0]組成，輸出信號為內(nèi)部狀態(tài)位的反向，表示處理器的操作模式。由MEM時鐘輸入線MCLK和長時間等待信號線nWAIT組成，主要用來管理系統(tǒng)時鐘。（2）ARM7功能結(jié)構(gòu)簡介根據(jù)ARM7的功能可以將其劃分為以下幾個部分。 ARM 處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）ARM7 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及主要特點 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，包括Address Register(地址寄存器)、Address Incrementer(地址累加器)、Resister Bank(寄存器塊)、Booth’s Multiplier(乘法器)、32位ALU單元、Read/Write Data Register(讀/寫數(shù)據(jù)寄存器)、邏輯控制單元等部分。圖 ARM7TDMI 的指令流水線結(jié)構(gòu)ARM7TDMI 處理器有兩種操作狀態(tài)：a. ARM狀態(tài)：32位，按字排列的ARM指令集；b. Thumb狀態(tài)：16位，按半字排列的Thumb指令集。如圖 和RISC 體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通道模型的比較。從而提高了微理器的效率，但需要更復(fù)雜的外部程序，也就是把在處理器層沒有完成的工作放到了上層進行，而處理器層減少的這些成本可以用在對物理器件速度的提高方面。主要有以下幾個特點：a. 具有大量的指令和尋址方式；b. 大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運行。RISC 結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來達到上述目的。指令系統(tǒng)越豐富，微處理器編程就越簡單，執(zhí)行速度也越慢，而且設(shè)計這樣的處理器的代價也就越大，但是由于指令系統(tǒng)豐富，對上層的支持會比較好。復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機的CISC微處理器是臺式計算機系統(tǒng)的中心，其核心為運行指令的電路。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，以DSP 和ARM 為應(yīng)用代表的哈佛總線技術(shù)應(yīng)運而生，如 所示，在采用哈佛總線體系結(jié)構(gòu)的芯片內(nèi)部，程序空間和地址空間是分開的，這就允許同時取指令(來自程序空間)和取操作數(shù)(來自數(shù)據(jù)空間)，從而使運算能力大大提高，目前，絕大多數(shù)的 DSP 以及ARM9 以上系列ARM 處理器內(nèi)核都采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，同時，修正的哈佛總線結(jié)構(gòu)還可以在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳送數(shù)據(jù)。馮諾依曼結(jié)構(gòu)，以Intel公司的X86系統(tǒng)微處理器為代表， 所示，采用馮 ARM硬件體系結(jié)構(gòu)（1）馮基于 ARM 的Intel 處理器包括StrongARM 和XScale 兩類產(chǎn)品，其融合了ARM 處理器和Intel公司設(shè)計方案。ARM SecurCore系列微處理器專為安全需要而設(shè)計，提供了完善的32 位RISC技術(shù)的安全解決方案，具有低功耗、高性能的特點以及對安全解決方案的支持，廣泛應(yīng)用于對安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)中，如電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和認證系統(tǒng)等領(lǐng)域。目前，ARM9E 系統(tǒng)微處理器主要有ARM926EJS、ARM946ES、ARM966ES。目前，ARM9系統(tǒng)微處理器主要有ARM920T、ARM922T、ARM940T等產(chǎn)品。目前，ARM7 處理器包括ARM7TDMI、ARM7TDMIS、ARM7EJS 和ARM720T。自V5以后，ARM 公司提供Piccolo DSP 的芯核給芯片設(shè)計者，用于設(shè)計ARM＋DSP的SoC(System on Chip)結(jié)構(gòu)的芯片。：16位指令集，用以改善代碼密度；2. DSP：用于DSP應(yīng)用的算術(shù)運算指令集；：允許直接執(zhí)行Java 代碼的擴充。具有以下幾個主要特點：、低功耗、低成本； Thumb(16位)和ARM(32位)雙指令集，能很好地兼容8/16位器件；，指令執(zhí)行速度快；；，執(zhí)行效率高；；。現(xiàn)在設(shè)計、生產(chǎn)ARM 芯片的國際大公司已經(jīng)超過50家，國內(nèi)中興通信和華為等公司也已經(jīng)購買ARM 公司的芯核用于通信專用芯片的設(shè)計。種種跡象表明，直線電機驅(qū)動在高速高精加工機床上的應(yīng)用已進入加速增長期。 在高速高精加工機床領(lǐng)域，直線電機驅(qū)動和滾珠絲杠驅(qū)動雖然還會并存相當長一段時間，但總的趨勢是直線電機驅(qū)動所占比重會愈來愈大，將來很有可能成為此種機床進給驅(qū)動的主流。交流直線伺服電機也有感應(yīng)(異步)式和同步式兩大類，同步式(次級為永久磁鋼)由于效率高、推力密度大、可控性好等優(yōu)點，盡管其對隔磁防塵要求較高和裝配較困難，現(xiàn)在也已成為機床用直線電機的主流。需解決散熱、隔磁、足夠的推力、自鎖和移動部件輕量化等方面的問題，才能在機床上實際應(yīng)用，同時成本較高也影響其推廣應(yīng)用。電機直接驅(qū)動的優(yōu)點正好彌補滾珠絲杠傳動的不足，與滾珠絲杠傳動相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達10g，剛度提高7倍，最高響應(yīng)頻率達100Hz。 采用直線電機直接驅(qū)動省去了一切中間機械傳動，從根本上減小了機械摩損與傳動誤差，減少維護工作。 d. 無行程限制。 c. 加速特性好、運動慣量小、有更高動態(tài)響應(yīng)性能。例如，美國科爾摩根公司DDL永磁直線電機高速大于5m/s，低速1181。 b. 更寬的速度范圍。 與滾珠絲杠傳動相比，直線電機直接驅(qū)動的優(yōu)點是: a. 高剛度。自1993年，在機床進給上開始應(yīng)用直線電機直接驅(qū)動，它是高速高精加工機床特別是其中的大型機床更理想的驅(qū)動方式。當前使用滾珠絲杠驅(qū)動的高速加工機床最大移動速度90m/min。 (4) 以直線電動機直接驅(qū)動的直線伺服進給技術(shù)已趨成熟高速高精加工機床的進給驅(qū)動，主要有傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機+精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線電機直接驅(qū)動”兩種類型。為了趕上高速加工技術(shù)發(fā)展的潮流，我國正在不斷加大對超高速加工關(guān)鍵功能部件—電主軸單元的研究力度。但是從總體上講，國產(chǎn)的電主軸和國外產(chǎn)品相比較，無論是性能、品種和質(zhì)量都有較大差距，所以目前國產(chǎn)的高轉(zhuǎn)速、高精度數(shù)控機床和加工中心所用的電主軸，仍然主要從國外進口。 高速主軸單元技術(shù)在一些工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)發(fā)展到較高水平，并被廣泛應(yīng)用于高速機床行業(yè)，已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。 主軸傳動用電動機和進給傳動一樣，經(jīng)歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動，而隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的進展，現(xiàn)在又進入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時代，目前已很少見到在數(shù)控機床上有使用直流主軸伺服系統(tǒng)了。m。對精度的要求，主軸徑向跳動小于2181。所使用的主軸軸承主要是定時定量油氣潤滑的高精度陶瓷球角接觸球軸承，轉(zhuǎn)速不太高的機床也有采用脂潤滑的。要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，必須用一高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千Hz。主軸系統(tǒng)所用的位置編碼器分辨率也已達到360000p/r。 e. 內(nèi)置脈沖編碼器。 d. 冷卻裝置。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用。所謂定量，就是通過一個叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。也可以采用脂潤滑，但相應(yīng)的速度要打折扣。 c. 油霧潤滑。電主軸通常采用復(fù)合陶瓷滾動軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍。關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動平衡。 電主軸一體化所融合的技術(shù)包括: a. 高速電機技術(shù)。 電主軸的工作轉(zhuǎn)速極高，這對其結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造和控制提出了非常嚴格的要求，并帶來了一系列技術(shù)難題，如主軸的散熱、動平衡、支承、潤滑及其控制等。最佳適合高速運轉(zhuǎn)的主軸形式是將主軸電機的定子、轉(zhuǎn)子直接裝入主軸組件的內(nèi)部，形成電主軸，實現(xiàn)機床主軸系統(tǒng)的一體化、“零傳動”。 超高速加工是繼數(shù)控技術(shù)之后，使制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項高新技術(shù)。m時,在100m/min(有的到200m/min)以上, ，在24m/min以上。高速電主軸單元轉(zhuǎn)數(shù)在30000r/min(有的高達1105r/min)以上。從80年代開始，由于數(shù)控機床的主軸、進給系統(tǒng)等功能部件的突破，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度都大幅度提高，以及制造技術(shù)的全面進步，使金屬切削加工進入了高速切削的新階段。通用型驅(qū)動器的出現(xiàn)，將大大降低機床用進給系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)的硬件成本。它按功率可分成5個等級，其中等級1(～4kW)為基本單元，等級5額定功率為120kW(它由基本單元加上擴展功率單元組成)，最多可8臺并聯(lián)，組成1000kW功率輸出。 CT公司在1996年推出了通用型驅(qū)動器系列產(chǎn)品。以英國的CT公司的Unidrive產(chǎn)品和德國AMK公司的AMKASYN產(chǎn)品為代表，使變頻器登上了新的舞臺。m轉(zhuǎn)動時也顯得平滑而無爬行。另外，伺服電動機本身也在向高速方向發(fā)展，與上述高速編碼器配合實現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。傳統(tǒng)的具有A、B(兩相信號的編碼器，由于它不能兼顧分辨率和高速度，且信號線太多，從而影響了高精度、高速度的伺服系統(tǒng)的實現(xiàn)。交流電動機調(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、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象模型和參數(shù)，使系統(tǒng)具有很強的魯棒性。采用滑模變結(jié)構(gòu)控制可增強電動機控制系統(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，大大推動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)的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。在當代數(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)采用交流伺服電機作為驅(qū)動器件，可以和直流伺服電機一樣構(gòu)成高精度、高性能的半閉環(huán)或全閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于交流伺服電機內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。這種交流伺服電機具有良好的伺服性能。從70年代末，數(shù)控機床逐漸采用異步電機為主軸驅(qū)動電機。隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)代電機控制理論的發(fā)展，1971年，德國西門子的Blaschke 發(fā)明了交流異步機的矢量控制法。其主要缺點是直流伺服電機內(nèi)部有機械換向裝置，碳刷易磨損，維修工作量大，運行時易起火花，給電機的轉(zhuǎn)速和功率的提高帶來較大的困難。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)采用直流伺服電機或交流伺服電機作為驅(qū)動部件，可以采用內(nèi)裝于電機內(nèi)的脈沖編碼器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機作為位置/速度檢測器件來構(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的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件，來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。不過步進電機在控制的精度、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機。 伺服電機控制技術(shù)發(fā)展概況 現(xiàn)代電機控制理論發(fā)展使機床數(shù)控伺服系統(tǒng)實現(xiàn)交流化、數(shù)字化、智能化機床數(shù)控系統(tǒng)中，常用的伺服電機和控制系統(tǒng)有: (1) 開環(huán)控制系統(tǒng)采用步進電機作為驅(qū)動器件，無須位置和速度檢測器件，也沒有反饋電路，控制電路簡單，價格低廉。這些數(shù)字在四五年前是沒有人會相信的，但事實證明ARM技術(shù)正在被越來越多的數(shù)字產(chǎn)品選用。有了這樣一個大的創(chuàng)新平臺，中國企業(yè)足以更快的速度應(yīng)用技術(shù)設(shè)計生產(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芯片的壟斷機種,通過購買合法授權(quán)就可以得到相關(guān)的設(shè)計和制造技術(shù),在主流芯片的設(shè)計和制造中占有一席之地,相對風險要小得多。由于投資和風險巨大、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展,但在設(shè)計和制造高性能處理器芯片方面一直是我國業(yè)的“芯病’痛,要達到當代處理器的國際先進水平,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)計能夠以最先進的工藝生產(chǎn)；更重要的是，ARM Connected Community中有數(shù)百個成員，它們一起構(gòu)成了一個龐大而完善的生態(tài)系統(tǒng)，我們的合作伙伴能夠在其中找到合適的資源來幫助他們實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)。正是這樣一部完全由“中國設(shè)計”并且“中國制造”的手機，具有卡拉OK、MPMPEG攝像、USB等多種功能。大唐微電子的COMIP芯片平臺，海思半導(dǎo)體的WCDMA基帶芯片和IPTV及DTV 多媒體芯片， 國微技術(shù)的P