0 引言

　　隨著工業的高速發展，數控系統在使用過程中表現出數據傳輸低、抗干擾能力差，可擴展性差等不足，為此對數控系統提出更高的要求。總線式數字數控系統具有可靠的高速通信和數據同步功能，可提高系統的響速度．促進先進功能的開發與實現是近期內數控系統發展的一個方向。GSK Link是一種工業現場網絡總線，可以實現一臺控制器同時與多種從屬設備進行數據交互。具有總線基本特點，它采用超5類雙絞線連接主站設備與從站設備，能夠簡化系統及便于系統擴展。

1 GSK Link工作原理

　　GSK Link現場總線是一種數字化．串行網絡的數據總線，用于機床數控系統各組成部分互連通信。GSKLink協議規范參照ISO／OSI基本參考模型有三層：物理層、數據鏈路層、層應用。物理層是采用通用以太網的物理層芯片PHY(LAN8700i)．MAC采用FPGA實現，傳輸媒介采用超5類雙絞線，周期數據只能在主站和從站之間傳輸，非周期數據可以在任意站點之間傳輸；數據鏈路層位于物理層與應用層中間，物理層提供的可能出錯的物理連接改造成邏輯上無差錯的數據鏈路，并對應用層的原始數據進行數據封裝：應用層是物理層和數據鏈路層之上，用戶任務之傳輸介質下的所有任務。是通數據鏈路層和其他相鄰的更低層提供的服務來提供應用服務。由以上三層構成了GSK Link總線。總線網絡中由主站和從站構成，它們之間的通信是通過電報來完成，以下介紹電報類型及總線的初始化。

　　1.1 電報類型

　　(1)主站同步電報(Master Sync Telegram，簡稱MST)：初始化階段．每個通訊階段的開始，主站以廣播形式發送MST電報，用于通知各個從站進入新的通訊階段：正常工作階段，每個周期的開始，主站以廣播形式發送MST電報，主要用于同步主站和各個從站，同步各從站要考慮環路的傳輸延時。MST的報文結構源地址為O．目的地址為255；控制字的內容：D12-1)0均為0。

　　(2)令牌電報(Master Command Telegram，簡稱MCT)：正常工作階段，GDT的傳輸受令牌電報的控制，MsT、MDT、AT的傳輸由主站控制進行周期傳輸。不受令牌電報的控制。

　　MCT的報文結構中源地址為0．目的地址為255；控制字的內容：D8-D0均為0，D15-D9按表1設置有效；MsT電報與MCT的電報主要區別在于控制字的內容。

　　(3)主站數據電報(Master Data Telegram，簡稱MDT)：每個通訊周期中，主站以廣播形式發送一次這種電報。MDT的報文結構中源地址為0，目的地址為255；控制字的內容：D7-DO均為0，D15-D8按表1設置有效。主站數據電報MDT用于正常運行時(CP6階段)從控制單元向從站裝置發送指令數據。在每個周期中，主站發送一次MDT，從站裝置從MDT提取屬于自己的數據，并填充自己的AT指令數據。若接收到的MDT有錯。后面添加錯誤的CRC，否則添加正確的CRC轉發到下一從站。主站收到MDT電報后。檢驗CRC是否正確，接收AT數據。如果不正確，則重發MDT電報，露發次數由通訊參數確定。一個MDT的報文結構如圖2所示。從站裝置的可配置周期數據(指令數據段)，具有可變的長度。

　　(4)伺服電報(Drive Telegram，簡稱AT)：每個通訊周期中，主站以廣播形式發送一次這種電報，各伺服裝置將要反饋給主站的數據添加到伺服電報中如際位置值、實際速度值等。

　　從站電報AT用于正常運行時(CP6階段)，從站裝置向控制單元反饋tl已的運行狀態。在每個周期中，主站發送一次MDT數據幀日寸填充每個從站裝置AT指令數據。伺服裝置將自己的運行狀態添加到報文的數據域發給控制單元。從站電報AT的報文結構，從站記錄里的狀態字由伺服和控制系統共同決定。

　　(5)普通數據電報(General Data Telegram，簡稱GDT)：用于在主站與從站．從站與從站之間傳送非周期數據。GDT報文結構中控制字的內容：D5-D0均為0，D15—D6按表1設置有效。用于在主站與從站，從站與從站之間傳送非周期數據。

　　1.2 GSK Link總線初始化

　　GSK“nk的主站和從站通過以上五種電報形式進行數據傳輸，GSK Link總線初始化完要經過六個階段(CPO--CP5)。通訊階段6(CP6)是正常工作階段。主站在進人每個通訊階段前，先發一個MST電報通知各個從站，下面將要進入的通訊階段，從站把通訊階段用寄存器保存，直到新的通訊階段更新，因篇幅所限對CP1-CP7的介紹(略)。

　　初始化全過程是開機等待網絡連接正常進入CPo階段，在CPO階段接收到CPO階段的MST數次，說明連接正常。可進入CPI階段，在CPI階段CPU接收到最大伺服從站地址參數和最大普通從站地址參數后，依次發送GDT到各個從站，從站反饋數據包含該站的類型．主站接收并保存所有從站的類型參數，完成后進人CP2階段。在CP2接收到MST后，發送GDT分別與各個從站握手，完成后進入CP3。在CP3階段，測量并接收各個伺服從站的延遲補償。完成進入CP4，在CP4階段接收到M汀后，發送GDT與各個從站通信，傳輸參數(控制字為8800H)。完成后進人CP5，在CP5階段接收到MST后，發送GDT與各個從站通信，傳輸伺服參數完成并確認通信參數后此時初始化完成，進入CP6階段。在CP6階段表示已進入正常工作階段，按時序嚴格診斷網絡狀態。MDT數據收發、GDT數據收發。

2 GSK Link總線數控系統架構

　　GSK Link總線是在ARM+DSP的硬件結構中實現。ARM中主要實現GSK Link的功能應用，通過數據包形式發送到DSP，DSP實現GSK Link主站控制。數據通過主站發送到數據鏈路層、物理層然后通過超5類雙絞線連接從站設備，實現與從站設備互連通訊。從站設備包括進給伺服從站、主軸伺服從站、控制鍵盤從站、I/0卡從站、光柵卡從站等。GSK Link應用協議是在ARM中實現收發MDT數據包及GDT數據包。并對收到的數據包根據應用協議進行分析每個從站的控制字、數據區。通過分析獲取伺服從站及主軸伺服從站的參數、報警、診斷信息、電機實際位置、指令位置，設置使能、清除報警、插補點數據的發送；實現鍵盤從站各個鍵信號傳遞；實現總線I／O卡從站控制輸入、輸出數據；實現光柵卡從站反饋光柵的R信號及光柵當前位置。DSP中實現GSK Link主站功能相對簡單．主要實現總線初始化、總線的診斷信息及與ARM的上傳、下傳MDT、GDT數據包，并接收、轉發、發送從站的MDT、GDT數據包。這種架構方式主重模塊化，非常方便系統的可擴展性，增加一個進給伺服軸或主軸伺服或IO點只要多連接一個從站就能實現，這樣模式能夠適應不同操作系統平臺上應用．GSK Link只要在所用的操作系統平臺上重新編譯文件就能夠應用相應的接口．達到使用最簡便及快速開發。

3 GSK Link在數控系統中的應用

　　GSK Link應用的硬件結構是ARM+DSP，在ARM上電后啟動系統后，由系統自動加載DSP總線文件*.BIN。加載成功DSP文件后，系統調用初始化總線指令，使DSP在接收到初始化GSK Link指令后進行總線初始化．初始化完成后把各從站屬性及總線的診斷信息發送到ARM中，然后DSP啟動中斷，在中斷中實時檢測總線的當前狀態，如果檢測到總線狀態正常進行收發MDT數據包及GDT數據包，否則不發送及接收MDT數據包，并反饋ARM總線異常報警信息。而ARM在接收到初始化成功標志后。獲取各從站屬性并通過中斷實時收發MDT數據包、總線診斷信息，當接收到總線連接異常時報警，并在系統復位時發送總線復位指令給DSP，而DSP在接收到復位指后并且判斷當前總線連接異常時則重新初始化總線。通過總線初始化、總線連接狀態檢測、MDT／G町數據包的收發以及總線異常復位構成了主軸運行機制。

4 結束語

　　GSK Link總線式數控系統是基于ARM+DSP硬件結構構上開發數控系統及總線的應用。通過超5類雙絞線連接DSP總線主站與從站互連通訊。這種應用模式充分體現了系統的模塊化，系統中的總線具有傳輸數據量大，抗干擾能力強，能夠適應不同的操作系統平臺上應用，能夠促進數控系統先進功能開發與實現。簡化了系統的連線、方便系統擴展．為總線式數字數控系統的開發提供了一種模式。這種模式已在廣州數控設備有限公司的GSK 218MS/MC/MD總線數控系統中得到了很好應用。