基于zynq的大圆机电子提花系统关键技术研究【字数：11533】
中文随着生活水平的提高，人们对日常穿着服饰的要求有了进一步提高，如从布料的舒适程度到布料的纹路、款式、色彩等。针织服装产品逐渐趋于个性化，时尚化，多样化的方向发展。针对于市场上对服装的大量需求，提花圆机是生产针织服装面料的重要设备。 传统的大圆机控制系统主要采用单片机的控制方式，但对于当下来说已经无法满足日渐增长的需求，本次设计是基于对大圆机整体功能的分析基础上，研究以基于Zynq设计的针织大圆机提花控制系统的关键技术。主要研究内容如下 1.在宿主机搭建交叉开发环境，完成Linux操作系统在Zynq平台的移植。在Zynq上建立QT运行的环境，解决Zynq系统下运行QT的各支持库。开发主机上能够在开发板上运行的QT程序。2.研究针对Zedboard的PL部分的IP核设计，使IP核通过AXI总线与PS部分联系起来以及通过PS部分编写驱动程序，使其控制相应的外设。基于Zynq的大圆机提花控制系统是国内全新的圆机电控系统，对于生产企业提高生产效益、纺织业发展将具有重要的意义。
目录
第一章 绪论 1
1.1电脑提花大圆机概况 1
1.1.1国内针织行业现状 1
1.1.2国外针织行业现状 1
1.1.3电脑提花大圆机系统构成 2
1.2论文研究内容 3
第二章 Zynq简介 4
2.1 Zynq 4
2.2 castwise7.0开发平台 4
2.3基于Zynq的圆机控制系统优点 5
2.4 Zynq下的操作系统 6
第三章 大圆机系统的设计 7
第四章Linux操作系统移植 8
4.1交叉编译环境的建立 8
4.2 kernel内核镜像 10
4.2.1生成内核映像文件 10
4.2.2设备树配置文件 12
4.3 uramdisk文件系统 12
4.3.1 配置和安装Linux系统文件 12
4.4 boot.bin文件 13
4.5 制作SD卡启动盘 14
4.6 启动测试 15
第五章 QT移植 18
5.1安装QT及 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
QTcreator 18
5.2 交叉编译QT库及镜像制作 19
第六章IP核设计及驱动程序 23
6.1自定义IP核 23
6.2驱动程序设计 28
6.2.1 LED驱动 28
总结与展望 31
参考文献 32
致谢 33
绪论
1.1电脑提花大圆机概况
1.1.1国内针织行业现状
一直以来，针织服装在我国服装业中占有大比重的成分。改革开放以来，随着人们生活质量水平的提高，对服装的舒适程度，款式，面料等方面有了新的需求，伴随着这样日新月异的变化，我国的针织服装行业迎来了新一轮的生机活力。如下是对我国针织行业发展现状的分析：
（1）2010年以来，中国经济持续回升，国内就业状况逐步稳定，这间接使得服装类产品的市场需求增长，针织行业是纺织工业的重要组成部分，2008年，中国针织服装占全部服装比例就已经超过了50%，与发达国家65%的比例日渐接近[1]。因为针织业对劳动力需求比较大，这使得中国的劳动力市场占有很大的优势，从此看，中国未来会成为世界上主要的针织服装生产地。总体来看，中国的针织行业发展前景良好。
（2）自从2001年中国加入世界贸易组织以来，虽然针织业还在保持着良好的势头向前发展，但我们要清楚的认识到与其他国家相比还有不小的差距，其中针织设备很大程度上决定了针织行业的发展。近年以来美贸易保护主义逐渐抬头，针织业也面临着不小的国际贸易摩擦，出口压力，劳动力压力等都是我国针织业需要面对的问题。
1.1.2国外针织行业现状
在全球针织行业中，德国和意大利相对领先，尤其是对于先进技术的研发和应用。如电脑控制技术的广泛应用，德国的迈耶西公司开发的专用电脑控制系统,可根据操作面板上输入的针织机总路数、编织每横列的路数、每厘米织物长度线圈数,自动计算出织物的牵拉速度,并根据输入的每厘米织物长度所需的纱线量,自动控制纱线的喂入。还有如三角外调三功位技术的应用,使变化组织调整时不用拆开三角更换,在外调整活络三角或吊拉三角便可实现成圈、集圈、浮线三功位之间的转化。另外还有快速更换针筒不需调整技术、统一压针技术、压针三角的在线调节技术等。[2]
1.1.3电脑提花大圆机系统构成
传统的单面电脑提花针织圆机采用 3 功位电子选针控制系统实现单针成圈、集圈、浮线 3 功位控制进行编织，可实现单色编织花型和多色编织花型，具有代表性的是意大利圣东尼的筒径为762 mm 的 ZENIT2.4 单 面 电 脑 提花针织圆机，该机器在传统电脑提花的基础上将全成形织机的选针技术理念移植到针织圆机上，每一路独立的压电陶瓷选针器件组成一体化的三角座选针系统，优化了编织系统。[3] 随着计算机技术的发展，圆纬机电子提花系统用电子控制技术代替机械式提花控制，其优点是：花型范围不受限制，更换花型迅速，产品设计周期短，并可大大提高编织速度，在针织机上的应用越来越广泛。[4]
目前市面上所流行的大圆机，不少为三功位电脑单面提花大圆机，运用设置好的电脑程序来选择相应的提花织针以完成集圈、成圈和浮线动作，主要进行针织加工具有花纹组织的编织布料[5]，其系统由两部分构成：
1、机械系统
主要由机架、供纱机构、传动机构、编织机构、针盘、清洁机构、电气控制机构、卷布机构和其他辅助装置组成。
2、电脑提花控制系统
硬件系统：ARM板、通讯系统、选针器控制模块
软件系统：选针器驱动程序、转速控制 PID 算法［6］
其中选针控制模块是圆机能否织出漂亮花纹的重要模块。电子选针控制系统就是根据花型文件通过机器参数转化为各个电子选针器的动作值，通过一系列步骤将花纹意匠图中的花型数据转化为电子选针器可识别的选针数据，从而控制选刀片进行选针动作，从而完成花型的电子提花过程［7］
1.2论文研究内容
本论文主要研究内容如下：
（1）分析了大圆机整体的功能，选用Zynq7000作为大圆机的控制芯片，结合其硬件特点，运用C语言编程、VHDL编程技术等对大圆机的运行控制方案进行研究。
（2）解决对基于Zynq的嵌入式系统平台进行Linux操作系统移植，搭建交叉开发环境，在开发主机上开发出能够在开发板上运行的程序。以及进行Linux操作系统的驱动开发的关键技术。
（3）进行Zynq系统中PL的IP核设计研究。运用Vivado IDE开发工具进行IP核的开发，IP核设计中进行并行I/O的接口的设计，以及驱动程序的开发。
Zynq简介
2.1 Zynq
研究Zynq时，对于此系列芯片的命名不是很了解，不明白Zynq，Zynq7000，Zedboard之间的区别，经过查阅Zynq官方资料手册，知道了Zynq7000，Zedboard的含义。xilinx公司在进行芯片设计时，芯片的可编程逻辑部分，即PL部分，采用了赛灵思28nm7系列的FPGA，因此，在命名此系列芯片时加上了“7000”，Zedboard则是基于Zynq7000处理平台的开发板。我们现在所说的Zynq，实际上就是赛灵思公司开发出的Zynq7000 All Programmable SoC系列。
目录
第一章 绪论 1
1.1电脑提花大圆机概况 1
1.1.1国内针织行业现状 1
1.1.2国外针织行业现状 1
1.1.3电脑提花大圆机系统构成 2
1.2论文研究内容 3
第二章 Zynq简介 4
2.1 Zynq 4
2.2 castwise7.0开发平台 4
2.3基于Zynq的圆机控制系统优点 5
2.4 Zynq下的操作系统 6
第三章 大圆机系统的设计 7
第四章Linux操作系统移植 8
4.1交叉编译环境的建立 8
4.2 kernel内核镜像 10
4.2.1生成内核映像文件 10
4.2.2设备树配置文件 12
4.3 uramdisk文件系统 12
4.3.1 配置和安装Linux系统文件 12
4.4 boot.bin文件 13
4.5 制作SD卡启动盘 14
4.6 启动测试 15
第五章 QT移植 18
5.1安装QT及 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
QTcreator 18
5.2 交叉编译QT库及镜像制作 19
第六章IP核设计及驱动程序 23
6.1自定义IP核 23
6.2驱动程序设计 28
6.2.1 LED驱动 28
总结与展望 31
参考文献 32
致谢 33
绪论
1.1电脑提花大圆机概况
1.1.1国内针织行业现状
一直以来，针织服装在我国服装业中占有大比重的成分。改革开放以来，随着人们生活质量水平的提高，对服装的舒适程度，款式，面料等方面有了新的需求，伴随着这样日新月异的变化，我国的针织服装行业迎来了新一轮的生机活力。如下是对我国针织行业发展现状的分析：
（1）2010年以来，中国经济持续回升，国内就业状况逐步稳定，这间接使得服装类产品的市场需求增长，针织行业是纺织工业的重要组成部分，2008年，中国针织服装占全部服装比例就已经超过了50%，与发达国家65%的比例日渐接近[1]。因为针织业对劳动力需求比较大，这使得中国的劳动力市场占有很大的优势，从此看，中国未来会成为世界上主要的针织服装生产地。总体来看，中国的针织行业发展前景良好。
（2）自从2001年中国加入世界贸易组织以来，虽然针织业还在保持着良好的势头向前发展，但我们要清楚的认识到与其他国家相比还有不小的差距，其中针织设备很大程度上决定了针织行业的发展。近年以来美贸易保护主义逐渐抬头，针织业也面临着不小的国际贸易摩擦，出口压力，劳动力压力等都是我国针织业需要面对的问题。
1.1.2国外针织行业现状
在全球针织行业中，德国和意大利相对领先，尤其是对于先进技术的研发和应用。如电脑控制技术的广泛应用，德国的迈耶西公司开发的专用电脑控制系统,可根据操作面板上输入的针织机总路数、编织每横列的路数、每厘米织物长度线圈数,自动计算出织物的牵拉速度,并根据输入的每厘米织物长度所需的纱线量,自动控制纱线的喂入。还有如三角外调三功位技术的应用,使变化组织调整时不用拆开三角更换,在外调整活络三角或吊拉三角便可实现成圈、集圈、浮线三功位之间的转化。另外还有快速更换针筒不需调整技术、统一压针技术、压针三角的在线调节技术等。[2]
1.1.3电脑提花大圆机系统构成
传统的单面电脑提花针织圆机采用 3 功位电子选针控制系统实现单针成圈、集圈、浮线 3 功位控制进行编织，可实现单色编织花型和多色编织花型，具有代表性的是意大利圣东尼的筒径为762 mm 的 ZENIT2.4 单 面 电 脑 提花针织圆机，该机器在传统电脑提花的基础上将全成形织机的选针技术理念移植到针织圆机上，每一路独立的压电陶瓷选针器件组成一体化的三角座选针系统，优化了编织系统。[3] 随着计算机技术的发展，圆纬机电子提花系统用电子控制技术代替机械式提花控制，其优点是：花型范围不受限制，更换花型迅速，产品设计周期短，并可大大提高编织速度，在针织机上的应用越来越广泛。[4]
目前市面上所流行的大圆机，不少为三功位电脑单面提花大圆机，运用设置好的电脑程序来选择相应的提花织针以完成集圈、成圈和浮线动作，主要进行针织加工具有花纹组织的编织布料[5]，其系统由两部分构成：
1、机械系统
主要由机架、供纱机构、传动机构、编织机构、针盘、清洁机构、电气控制机构、卷布机构和其他辅助装置组成。
2、电脑提花控制系统
硬件系统：ARM板、通讯系统、选针器控制模块
软件系统：选针器驱动程序、转速控制 PID 算法［6］
其中选针控制模块是圆机能否织出漂亮花纹的重要模块。电子选针控制系统就是根据花型文件通过机器参数转化为各个电子选针器的动作值，通过一系列步骤将花纹意匠图中的花型数据转化为电子选针器可识别的选针数据，从而控制选刀片进行选针动作，从而完成花型的电子提花过程［7］
1.2论文研究内容
本论文主要研究内容如下：
（1）分析了大圆机整体的功能，选用Zynq7000作为大圆机的控制芯片，结合其硬件特点，运用C语言编程、VHDL编程技术等对大圆机的运行控制方案进行研究。
（2）解决对基于Zynq的嵌入式系统平台进行Linux操作系统移植，搭建交叉开发环境，在开发主机上开发出能够在开发板上运行的程序。以及进行Linux操作系统的驱动开发的关键技术。
（3）进行Zynq系统中PL的IP核设计研究。运用Vivado IDE开发工具进行IP核的开发，IP核设计中进行并行I/O的接口的设计，以及驱动程序的开发。
Zynq简介
2.1 Zynq
研究Zynq时，对于此系列芯片的命名不是很了解，不明白Zynq，Zynq7000，Zedboard之间的区别，经过查阅Zynq官方资料手册，知道了Zynq7000，Zedboard的含义。xilinx公司在进行芯片设计时，芯片的可编程逻辑部分，即PL部分，采用了赛灵思28nm7系列的FPGA，因此，在命名此系列芯片时加上了“7000”，Zedboard则是基于Zynq7000处理平台的开发板。我们现在所说的Zynq，实际上就是赛灵思公司开发出的Zynq7000 All Programmable SoC系列。
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