合工大数控课件3.3软件结构解读.ppt

3.1 计算机数控装置的概述3.2 数控装置的硬件结构3.3 数控装置的软件结构3.4 译码的软件设计基础3.5 插补原理3.6 补偿功能3.7 故障诊断功能和可编程控制器 3.3 数控装置的软件结构 一 CNC装置软硬件的分工； 二 CNC装置软件结构的特点； 三 CNC装置软件结构模式； 四 基于DOS的CNC系统软件结构； 五 其他基于实时操作系统的结构模式； 3.3 数控装置的软件结构 CNC装置的软件是为完成数控机床的 各项功能而专门设计和编制的一种专用软 件。其结构取决于硬、软件的分工、也取 决于软件本身的工作特点。软件功能是 CNC装置的功能体现。一些厂商生产的 CNC装置，硬件设计好后基本不变，而 软件功能不断升级，以满足制造业发展的 要求。 3.3 数控装置的软件结构 软件和硬件在逻辑上等价，由硬件完成的工作同样可以由软件完成。在CNC系统中，软硬件的分配比例，随微电子、计算机技术的发展而不断变化。 1952年到1970年，“硬联接”数控时代； 70年代后，进入了“软联接”的数控时代； 80年代后期：计算机数控（CNC）系统。 一 CNC装置软硬件的分工 二 CNC装置软件结构的特点 CNC系统是一个专用的实时多任务计 算机控制系统，它的控制软件也采用了 计算机软件技术中的许多先进技术。其 中： 1 多任务并行处理； 2 多重实时中断。 这两项技术的运用是CNC装置软件结 构的特点 1 多任务性和并行处理技术 1 多任务性和并行处理技术 2）多任务调度技术实现并行处理 （1）资源分时共享： 对单CPU装置而言，方法：在一定的 时间长度（通常称为时间片)内，根据系 统各任务的实时性要求程度，规定它们 占用CPU的时间，使它们按规定顺序和 规则分时共享系统的资源。 1 多任务性和并行处理技术 解决各任务占用CPU时间的 分配原则。 其一是各任务何时占CPU。即 任务的优先级分配问题。 其二是各任务占用CPU的时间 长度，即时间片的分配问题。 1 多任务性和并行处理技术 1 多任务性和并行处理技术 1 多任务性和并行处理技术 2）多任务调度技术实现并行处理 （2）并发处理和流水处理： 对多CPU装置而言 方法：任务关联程度不高的放在一个CPU 中让其同时执行为并发处理；任务关联程 度高采用流水处理。 1 多任务性和并行处理技术 2）多任务调度技术实现并行处理 （2）并发处理和流水处理： 流水处理技术是利用重复的资源（CPU），将 一个大的任务分成若干个子任务(任务的分法与 资源重复的多少有关)，这些子任务是彼此关系 的，然后按一定的顺序安排每个资源执行一个 子任务，就象在一条生产线上分不同工序加工 零件的流水作业一样。 1 多任务性和并行处理技术 CNC装置在自动加工工作方式时，其数 据转换过程由4个子过程组成： 零件程序输入 插补淮备(包括译码、刀具补偿和速度 处理) 插补 位置控制 1 多任务性和并行处理技术 在任何时刻（流水处理除开始和结束外）均有两个或两个以 上的任务在同时执行。 流水处理的关键是时间重叠，是以资源重复的代价(多个CPU) 换得时间上的重叠，或者说以空间复杂性的代价换得时间上的 快速性。 2 实时性和优先抢占机制 2 实时性和优先抢占机制 2 实时性和优先抢占机制 三 CNC装置软件结构模式 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、 故障处理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/输出、插补预 处理（译码、刀补处理、速度预处理)等弱实 时性的任务，它是一个循环运行的程序， 1 前后台型结构模式 后台程序在运行过程中，不断地定时被前台实时中断 程序打断；前后相互配合来完成零件的加工任务。 2 中断型结构模式 在该结构中，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。整个软件就是一个大的中断管理系统。 3 基于实时操作系统的结构模式 实时操作系统（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。优点: 1）弱化功能模块间的耦合关系； 2）系统的开放性和可维护性好； 3）减少系统开发的工作量。 四 基于DOS的