正文：

　　當托馬斯和愛迪生發明了電動機后，美國勝家（Singer）公司于1889年發明了全世界第一臺電動機驅動縫紉機，同時也開創了縫紉機工業的新紀元。二戰后，工業縫紉機制造的霸主地位已逐漸被日本所占據。進入21世紀后，中國已成為工業縫紉機制造業的新盟主?？墒敲鎸I縫紉機市場的日趨飽和以及服裝制造全行業的利潤日益下降的窘況，各國的縫紉機制造商又重新把市場的焦點投向家用市場，勝家公司更是希望重現一百年前美國家庭每戶擁有一臺腳踏式縫紉機的輝煌歲月。

　　如今，美國勝家、日本兄弟以及中國飛躍都相繼上市家用電腦繡花機或刺繡機，以期待縫紉機再次敲開老百姓的家門，可受限于芯片技術的發展，使得家用電腦繡花機的智能化程度、制造成本、維修方式都難于達到民品的標準。為此，北京中科億芯信息技術有限公司使用本公司自主設計的SoC" title="EraSoC">EraSoC-1000C處理器芯片所開發的家用電腦繡花機方案，采用了Linux2.6內核，并添加實時補丁（rtlinux）以使其具備更完善的實時系統功能；精致的Qtapia圖形系統軟件（以下簡稱QT），避免了采用WinCE而帶來的昂貴授權費用，大大降低了電子控制系統的制造成本，使得電腦繡花機走入家庭變得指日可待。

　　系統簡介:

　　EraSoC-1000系列芯片作為國內唯一的基于龍芯內核的高性能SOC（System On Chip），憑借其強大的CPU處理能力、64位浮點運算能力，高效的總線架構、可實現低功耗的動態變頻技術、豐富的片上設備，已廣泛地應用在國內各種嵌入式領域。

　　基于EraSoC-1000C的電腦繡花機系統主要由三個電機協調工作實現繡花功能，三個電機的協調原理：一個主軸電機，采用交流伺服交流來控制針頭的上下運動；X、Y軸步進電機各一個，以實現工作面的橫向與縱向移動。（系統控制流程圖請參看圖1）

圖1  基于EraSoC-1000C的家用電腦繡花機

　　硬件設計:

　　根據圖1所示的整個系統方案的控制實現原理，我們把此方案的主控制單元分為上、下位機結構，并由一顆EraSoC-1000C芯片來完成上、下位機的協同工作：

　　1、上位機結構：

　　上位機主要負責人機交互、文件讀取與解析、部分傳感器信號的處理；

　　1.1 STN/TFT LCD顯示與觸摸控制的實現：

　　此部分作為人機交互的主要平臺，通過控制觸摸屏來控制電機做出相應的動作就是在此部分實現的。其中液晶部分對東芝T6963CFG LCD驅動芯片的控制是由EraSoC-1000C引出的8位數據線和5個gpio實現的，本次用的黑白屏，如果需要可以用彩色屏，尺寸也可以任意選擇。而觸摸屏的控制是由EraSoC-1000C的spi信號線和片選線時鐘線經過觸摸屏控制器ADV7843實現的。

　　1.2 傳感器通過GPIO與EraSoC-1000C的通訊：

　　該繡花機一共用到了6個傳感器分別由EraSoC-1000C提供的6個可以作為中斷輸入的gpio控制。這些傳感器分別是x軸方向電機的傳感器，y軸方向的電機傳感器，z軸方向的電機傳感器，測試繡花針是不是在上針位（此時針在所有位置的最高點）的傳感器，測試繡花針是不是離開布的傳感器，和一個用于是否繞線的輔助功能的傳感器。

　　2、下位機結構：

　　下位機主要負責輸出電機控制信號（PWM）、協同工作以及部分傳感器信號的處理：

　　2.1 PWM對交流伺服電機的控制

　　在EraSoC-1000C芯片中一共有六路脈沖寬度調節/定時/計數控制器（以下簡稱PWM）。每一路PWM工作和控制方式完全相同，都有兩路輸入信號（gate_clk_pad_i, capt_pad_i）和一路脈沖寬度輸出信號 (pwm_o)。由于系統時鐘高達60MHz，計數寄存器和參考寄存器均32位數據寬度，這樣開發人員可通過編成讓PWM產生各種復雜的近似線性的輸出信號，非常適合高檔電機的控制。

　　2.2 步進電機的驅動

　　主要采用專門的步進電機驅動芯片，有EraSoC-1000C給出控制信號，控制電機按照要求運動。本次設計步進電機的驅動芯片用的是UTC公司的L6219只需用EraSoC-1000C的4個gpio控制一個L6219來控制電機的轉動速度和所轉的角度。

　　2.3 主軸電機的控制

　　同步檢測：由1個外部中斷完成，為了能夠控制直流電機轉動速度，用了一個時鐘作為計數器來計數一個時間段的針數，如果快了或者慢了就做出調整。

　　電機控制：由1個gpio完成，此gpio用來控制電機電源的開通與關閉。

　　圖2和圖3分別為系統方案的電路構造圖和電路板實圖。

圖2  基于EraSoC-1000C的家用電腦繡花機電路系統架構

圖3  基于EraSoC-1000C的家用電腦繡花機的控制電路板

　　軟件設計和系統程序移植：

　　1、Bootloader：

　　EraSoC-1000C的bootloader使用PMON2000。經過裁剪和增加相關驅動的代碼在EraSoC的官方網站可直接下載。用戶只需按照EraSoC-1000C的用戶手冊進行配置和編譯即可。

　　2、內核移植：

　　EraSoC-1000C使用Linux2.4.17和Linux2.6.18.1內核。經過移植后的源代碼可以在EraSoC的官方網站下載。

　　交叉編譯工具鏈mipsel-linux-gcc也可以在該網站下載。

　　配置內核使用erasoc_defconfig配置文件，用戶可根據自己需要裁剪不用的驅動和文件系統等。

　　3、Qtapia編譯：

　　QT是目前在linux上使用較廣的一個圖形系統。在網上下載以下軟件的源碼包之后，按照EraSoC的QT完全安裝手冊，編譯生成QT的可執行代碼。

• 　　qt-embedded-2.3.7.tar.gz
• 　　qt-x11-2.3.2.tar.gz
• 　　qtopia-free-1.7.0.tar.g z
• 　　tmake-1.11.tar.gz
• 　　e2fsprogs-1.35.tar.gz

　　驅動及fireware開發：

　　基于EraSoC-1000C的電腦繡花機方案成功將Linux引入縫紉設備的控制是一個業界領先的技術突破。以前普遍認為Linux不適合應用于像縫制設備行業這類對功能集成度和實時性要求高的工控行業，其實是不正確的。正因為憑借EraSoC-1000C芯片處理能力強、總線速度高、設備集成度高的特點，使得系統在運行linux時，處理器可以很好的完成實時性工作，同時把任務調度、協議處理、數據交換、人際交互交由linux來處理，用戶會發現整個系統開發過程會變得輕松自如。

　　1、X，Y軸步進電機驅動開發：

　　X和Y軸步進電機驅動的原理是，每隔一定的時間間隔通過GPIO發送一個步進信號，電機行走一個相位。而時間間隔的大小通過EraSoC-1000C的實時時鐘來控制，時間計數一到，實時時鐘產生一個中斷，CPU在中斷處理并向步進電機發送一個步進命令。X，Y軸電機的速度就通過這些時間間隔的大小調整。當需要加速時，減小每次的時間間隔，反之就是減速。X和Y軸驅動程序里分別注冊了一個時鐘中斷處理程序，并在驅動里提供一個寫函數控制實時時鐘的計時大小和開始計時。當繡花程序啟動，通過該驅動的寫函數，啟動實時時鐘計時。當預定時間到達，中斷產生，中斷處理程序驅動電機步進一個相位，此時根據一個信號量來確定是否繼續要驅動電機，如果需要繼續驅動，則再次初始化實時時鐘的計時。

　　2、Z軸電機的驅動開發：

　　Z軸電機使用EraSoC-1000C的PWM進行控制。EraSoC-1000C的PWM驅動采用Linux通用的PWM驅動接口，所以我們只要在應用層開發相應的控制程序就可以了。

　　例如，EraSoC的PWM驅動提供一個write函數給用戶層，用戶通過該函數的參數可以控制PWM的輸出方波：

　　3、顯示屏驅動：

　　EraSoC-1000C的Linux內核包含標準的framebuffer接口的LCD驅動程序，用戶也只需按照標準的控制LCD的函數接口編寫應用程序。通過open(“/dev/fb0, O_RDWR”)打開LCD顯示設備，然后通過mmap函數將顯存映射到用戶空間，用戶現在就可以通過簡單的讀寫來控制顯存，以達到控制LCD顯示的目的。

　　4、觸摸屏驅動：

　　EraSoC-1000C的Linux內核也已經包含觸摸屏的標準驅動，采用SPI接口。用戶只需在編譯QT的時候將該觸摸屏驅動加入，就可以直接在QT下使用。

　　5、U盤驅動：

　　EraSoC-1000C的U盤驅動也是標準的Linux驅動。用戶只需簡單的使用mount命令將U盤掛載，然后通過open, read, write等標準函數對U盤進行讀寫。

　　6、NAND Flash驅動：

　　EraSoC-1000C采用最新的Yaffs2文件系統管理NAND Flash。用戶接口也是十分的簡單，如同訪問其他文件系統一樣，可直接通過讀寫函數訪問。

　　7、蜂鳴器，斷線，壓腳，繞線檢測等驅動：

　　這些功能均使用GPIO實現，我們為這些功能分別實現了驅動，在驅動里提供一個讀函數來控制。用戶只需簡單的使用open函數打開設備，就可以使用read函數讀取這些傳感器的狀態。

　　GPION是各GPIO的編號。

　　上層應用：

　　EraSoC-1000C的上層應用建立于基于Linux的軟件平臺Qtapia上。Qtapia是Linux軟件廠商挪威奇趣科技公司（Trolltech，現已被諾基亞以1.5億美元收購）專為手機等移動設備開發的產品，目前國內排名前十的手機生產商有7個已經選擇了奇趣作為嵌入式Linux平臺的合作伙伴。

　　也正是因為Qtapia的使用環境已在不知不覺中被消費大眾所熟悉，我們特意在此解決方案里采用了類似手機操作的圖像化用戶界面，就是為了讓消費者在使用家用電腦繡花機時增加互動的體驗，使得操作縫紉機不再是專業人員才有的技能。

　　用戶可以管理要刺繡的圖案文檔，系統也通過主窗口顯示和觸摸屏接收用戶輸入。當用戶通過觸摸屏點擊窗口上的按鈕，應用程序根據這些按鈕分別調用底層的驅動程序完成繡花，繞線，讀取花樣等等功能。

　　結束語：

　　作為第一臺使用國產高性能處理器的電腦繡花機解決方案，中科億芯的研發團隊始終把“科技以人為本”的理念放在首位，那就是用業界領先的技術去創造大眾可接受的電子產品。事實已證明，一顆EraSoC-1000C芯片可替代兩顆基于ARM7內核的國外處理器或者是工控領域的DSP，同時也可節省相當數量的外設芯片。而且EraSoC-1000C的二次開發潛能巨大，其所具備的高速處理能力和豐富的片上設備，將帶給縫制設備行業的工程師們無限的創意空間，讓國產縫制設備能夠真正意義上的國產化，讓這些設備都跳動著一顆“中國芯”！

　　欲了解EraSoC-1000C和聚芯其他系列芯片的詳細規格和解決方案，請訪問EraSoC和北京中科億芯信息技術有限公司的官方網站：www.EraSoC.com。同時可登陸網址：http://www.tudou.com/programs/view/Ixiw9-BYvRQ/ 來觀看家用電腦繡花機的實際工作視頻，或登陸視頻搜索網www.tudou.com查詢“電腦繡花機”。

　　Reference:

　　1.“Datasheet of EraSoC-1000C” / 《EraSoC-1000C數據手冊》 (by Beijing ZhongKeYiXin)

　　2.“Linux Device Drivers (2nd Edition)” / 《Linux設備驅動開發（第二版）》 (by Johathan Corbet, Alessandro Rubini & Greg Kroah-Hartman)

　　3.“Embedded System Design based on EraSoC” / 《基于聚芯SoC的嵌入式系統設計》  北京郵電大學出版社