01
硬实时系统概述
实时系统分类 · 核心特征 · 运动控制实时性要求
确定性低延迟
02
运动控制基础
系统组成 · PTP/CP/PVT · 坐标系与插补原理
伺服周期插补
03
实时操作系统选型
RTOS vs GPOS · FreeRTOS/RT-Thread/VxWorks/QNX
调度延迟中断响应
04
任务调度策略
优先级抢占 · 时间片轮转 · RMS · EDF · 运动控制应用
实时调度EDF
05
中断管理
优先级配置 · 嵌套 · 延迟优化 · ISR设计 · 编码器捕获
中断嵌套限位开关
06
内存管理
静态分配 · 内存池 · 伙伴算法 · DMA与缓存一致性
内存碎片DMA
07
时间同步机制
时钟源 · 高精度计时 · 时间戳 · IEEE 1588
PTPTSC
08
任务间通信
共享内存 · 消息队列 · 信号量 · 优先级反转与死锁
互斥锁事件标志
09
硬件抽象层设计
HAL架构 · 设备驱动模型 · 寄存器映射 · 外设封装
编码器PWM
10
运动控制算法基础
PID · 前馈 · 陷波滤波 · 速度规划 · 位置/速度环
梯形S形
11
插补算法实现
直线/圆弧/样条插补 · 前瞻控制 · 速度平滑
精度实时性
12
伺服驱动接口
脉冲方向 · 模拟量 · EtherCAT CoE · CANopen DS402
状态机驱动器
13
编码器接口
增量式/绝对式 · SSI/BiSS/EnDat · 去毛刺 · 位置锁存
倍频捕获
14
IO与传感器管理
数字IO · 模拟量采集 · 限位/原点 · 安全IO (STO/SS1)
ADC时序安全
15
通信协议栈
实时以太网 · EtherCAT/PROFINET IRT · 现场总线
CANRS485
16
EtherCAT主站实现
协议栈架构 · 分布时钟 · PDO映射 · CoE应用
DC同步数据链路
17
运动控制状态机
DS402轴状态机 · 回零 · 故障处理 · 状态切换实时性
组状态机恢复
18
轨迹规划与前瞻
轨迹生成 · 速度前瞻 · 拐角过渡 · 加减速控制
圆角路径精度
19
多轴协同控制
电子齿轮 · 电子凸轮 · 龙门同步 · 多轴耦合补偿
插补同步耦合
20
安全与可靠性设计
看门狗 · 心跳 · CRC · 冗余 · SIL等级
故障安全冗余
21
性能测试与优化
延迟/抖动测量 · CPU负载 · 执行时间测量 · 瓶颈定位
优化分析
22
调试与诊断
实时日志 · 跟踪 · 在线调试 · Tracealyzer/SystemView
事件记录诊断
23
固件升级与维护
Bootloader · 加密签名 · OTA · 版本管理 · 回滚
在线升级维护
24
系统集成与测试
HIL/SIL · 系统测试用例 · EMC测试与防护
硬件在环EMC
25
案例：单轴伺服控制系统
需求分析 · 架构设计 · 任务划分 · 实时性验证
性能测试单轴
26
案例：多轴插补运动平台
系统架构 · 同步机制 · 插补实现 · 调试经验
多轴性能数据
27
案例：SCARA机器人控制器
运动学解算 · 实时调度 · 安全设计 · 项目经验
SCARA安全
28
案例：CNC数控系统
插补与前瞻 · IO主轴 · EtherCAT集成 · 精度优化
CNC加工
29
未来趋势
AI运动控制 · TSN · 软件定义 · 开源框架
确定性网络AI
30
课程总结与项目实战
知识体系回顾 · 综合项目 · 面试题 · 学习资源
实战总结