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1、第39卷第12期天津大学学报Vo.l39No.122006年12月JournalofTianjinUniversityDec.2006基于嵌入式技术的数控系统开发设计*王太勇,王涛,杨洁,许爱芬,赵丽,李波,胡世广(天津大学机械工程学院,天津300072)摘要:针对基于PC的数控系统的不足,提出了基于嵌入式微控制器和嵌入式实时操作系统的数控系统开发设计的新方法,旨在增强数控系统运行的稳定性和任务调度的实时性.设计了以MC68F375和MCX314为双CPU架构的硬件开发平台,规划出了基于VxWorks的层次
2、化软件结构体系和任务调度运行机制,设计了一种引导型的二次开发平台的理论模型,在此基础上设计出了TDNCM4数控系统的原型机,并将其应用于四轴加工中心TDNC-M40A的设计上,探索出一条数控系统开发设计的新途径.关键词:嵌入式系统;数控系统;微控制器;实时操作系统中图分类号:TP273;TG659文献标志码:A文章编号:0493-2137(2006)12-1509-07DesignofCNCSystemBasedonEmbeddedTechnologyWANGTa-iyong,WANGTao,YANGJie
3、,XUA-ifen,ZHAOL,iLIBo,HUSh-iguang(SchoolofMechanicalEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:AmiingatthedisadvantagesofCNCsystembasedonpersonalcomputer,amethodforthedesignofcomputerizednumericalcontrol(CNC)systembasedonembeddedmicrocontro
4、llerunit(MCU)andrea-ltmieoperatingsystem(RTOS)isproposedtomiprovetherunningstabilityandtask-dispatchrea-ltmiemechanismofCNCsystem.Thehardwaredevelopmentplatformofdouble-CPUframeworkisdesignedwithMC68F375andMCX314,thesoftwarelayer-structuresystemandtask-dis
5、patchmechanismonthebasisofVxWorksareplanned,thetheoreticalmodelofaguidingsecond-developmentplatformisadvanced.AndthentheCNCsys-temprototypeTDNCM4isdesigned,whichisappliedinfour-axismachiningcenterTDNC-M40A.Keywords:embeddedsystem;computerizednumericalcontr
6、olsystem(CNCsystem);microcontroller;rea-ltmieoperatingsystem[4)5]目前,基于PC的开放式数控系统是数控技术开义;③工控机模式数控系统的成本太高,一台能满放式架构的主要实现方式,这种实现方式主要是考虑足数控加工要求的计算机至少需要投资数千元再配上[6]利用工业PC丰富的系统资源和业已标准化的接口来价格昂贵的运动控制卡,使得成本很难降低.简化数控系统的设计,降低数控系统开发的技术难度,另一方面,进入20世纪90年代以来,嵌入式计算[1)2]并使设计
7、出的数控系统具有一定的开放性,但这机应用技术获得了飞速发展.各种高性能的嵌入式微种体系结构也存在很大的局限性,主要体现为:①系统控制器MCU层出不穷,与以前相比,嵌入式微控制器实时性和稳定性较差,基于PC的数控系统的操作系的CPU运算速度大大提高,处理数据宽度不断加大,统多采用通用操作系统,与RTOS相比,其在任务调度更重要的是片上集成资源越来越丰富;与此同时,出现[3]的实时性和系统运行的稳定性上都比较差;②系统了很多高效率、高可靠性和高稳定性的内核可裁减的的开放性有限,无论是PC嵌入NC的结构,还是NC
8、嵌入式实时操作系统(RTOS),如VxWorks、LC/OS-Ⅱ嵌入PC的结构,其开放性特征都是基于PC固有的开等,这就使嵌入式系统在生活和生产的很多领域都得放特征,没有针对数控加工的特点而进行单独的定到了广泛的应用,如汽车工业、宇航工业等.基于以上*收稿日期:2006-02-17;修回日期:2006-08-25.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50475117);天津市应用基础研究计划重点项目(05YFJZ
