计算机数控系统3.ppt

第二节 CNC系统软件结构 2.2.1 软件结构特点 一、软硬件任务界面不断发生变化 二、具有多任务并行处理的特点 三、多重实时中断 四、软件结构形式多样 第二节 CNC系统软件结构 一、 CNC装置软件和硬件的功能界面 合理确定CNC装置软件硬件的功能分担就是所谓的软件和硬件的功能界面划分的概念。 在信息处理方面，软件与硬件在逻辑上是等价的，即硬件能完成的功能从理论上讲也可以用软件来完成。 第二节 CNC系统软件结构 硬件和软件在实现各种功能时的特点： 硬件处理速度快，但灵活性差，实现复杂控制的功能困难。 软件设计灵活，适应性强，但处理速度相对较慢。 功能界面划分的准则：系统的性能价格比 第二节 CNC系统软件结构 第二节 CNC系统软件结构 二、多任务 系统的管理部分包括：输入、I／O处理、通讯、显示、诊断以及数控程序的编辑管理等。系统的控制部分包括：译码、刀具补偿、速度处理、插补运算控制和位置控制等。 第二节 CNC系统软件结构 三、多重实时中断 1)数控系统的中断类型 (1)外部中断 (2)内部定时中断 (3)硬件故障中断 (4)程序性中断 2)数控系统中断结构模式 (1)前后台软件结构中的中断模式 (2)中断型软件结构中的中断模式 四、软件结构形式多样1.前后台型结构模式 该模式将CNC系统软件划分成两部分： 前台程序: 主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强的任务，它是一个实时中断服务程序。 后台程序(背景程序): 完成显示、零件加工程序的编辑管理、系统的输入/出、插补预处理等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，在运行过程中，不断地被前台程序定时打断，前后台相互配合来完成零件的加工任务。 前后台程序运行关系图 前后台型结构模式的特点 任务调度机制: 优先抢占调度和循环调度。前台程序的调度是优先抢占式的；前台和后台程序内部各子任务采用的是顺序调度。 信息交换:缓冲区。前台和后台程序之间以及内部各子任务之间的。 实时性差。在前台和后台程序内无优先级等级、 也无抢占机制。 该结构仅适用于控制功能较简单的系统。早期的CNC系统大都采用这种结构。如美国A-B7360CNC系统 .中断型结构模式 这种结构是将除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由中断管理系统（由硬件和软件组成）对各级中断服务程序实施调度管理。 中断型软件系统结构图 中断型结构模式的特点 任务调度机制：抢占式优先调度。 信息交换：缓冲区。 实时性好。由于中断级别较多（最多可达8级），强实时性任务可安排在优先级较高的中断服务程序中。 模块间的关系复杂，耦合度大，不利于对系统的维护和扩充。 二十世纪80～90年代初的CNC系统大多采用这种结构。如FANUC-BESK 7CM 系统. FANUC-BESK 7CM的中断机制 （1）开机:初始化?0级中断(显示)?每4ms进入6级中断(伺服系统位置控制处理)． （２）输入纸带?2级中断（纸带控制处理）?5级中断（纸带阅读处理） （３）机床启动加工． 　2?1?4?1?4?6?1?4?1?4?6?…… 　　 FANUC-BESK 7CM的中断机制 　　１）按“启动”?2级中断（键盘监控）并置１级中　 　　　　断７号口，通知程序读入． 　　２）?1级中断，将程序由ＭＰ区读入ＢＳ区 　　３）?4级中断，允许程序读入ＡＳ区， 　 ４）?1级中断，程序由ＢＳ区读入ＡＳ区，　　 ５）?4级中断，进行插补运算．同时设置１级中　　　　 　　　　断８号标志位，允许将新一段程序由ＭＰ区读 　　　　入ＢＳ区 　　６）?6级中断，将插补量分两次送入进给机构． 　　７）此过程反复进行，直至加工完毕． 　　注意：其中断通讯机制是通过设置软件中断以及各中断级的各标志位实现的 . 基于实时操作系统的结构模式 实时操作系统（Real Time Operating System RTOS）是操作系统的一个重要分支，它除了具有通用操作系统的功能外，还具有任务管理、多种实时任务调度机制（如优先级抢占调度、时间片轮转调度等）、任务间的通信机制（如邮箱、消息队列、信号灯等）等功能。由此可知，CNC系统软件完全可以在实时操作系统的基础上进行开发。 基于实时操作系统软件结构图 基于实时操作系统的结构模式的优点 弱化功能模块间的耦合关系 CNC各功能模块之间在逻辑上存在着耦合关系，在时间上存在着时序配合关系。为了协调和组织它们，前述结构模式中，需用许多全局变量标志和判断、分支结构，致使各模块间的关系复杂。 在本模式中，设计者只须考虑模块自身功能的实现，然后按规则挂到实时操作系统上，而模块间的调用关系、信息交换方式等