3计算机数控装置的软件结构

（三）多任务并行处理 1、CNC装置的多任务性（多任务分解图如P169图4.3.2） 软件任务的并行处理关系（如P169图4.3.3） 2、并行处理 并行处理：是指在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以 上性质相同或不相同的工作。 并行处理的优点：提高运行速度。 并行处理方法：“资源重复”并行处理方法、“时间重叠”并行 处理方法、“资源共享”并行处理方法。 “资源重复”并行处理技术多应用于CNC装置的硬件结构中。
（二）数据处理程序 组成：数据处理程序又叫插补准备程序，它包 括译码、刀补、辅助功能处理和进给速度计算 等部分。 译码的功能：将输入的加工程序翻译成系统能 识别的语言。 运动轨迹计算：将工件轮廓轨迹转化为刀具中 心轨迹。 进给速度计算：主要解决刀具的运动速度问题。
在单CPU的CNC装置中，主要采用CPU分时共享的原则 来解决多任务的同时运行。 首先解决的两个时间问题：各任务何时占用CPU、各任 务占用CPU时间的长短。 分时共享CPU原理：系统在完成初始化任务后自动进入 时间分配循环中，在环中依次轮流处理各任务，而对于 系统中一些实时性很强的任务则按优先级排队，分别处 于不同的中断优先级上作为环外任务，环外任务可以随 时中断环内各任务的执行。每个任务允许占有CPU的时 间受到一定的限制，对于某些占有CPU时间较多的任务， 可以在其中的某些地方设置断点，当程序运行到断点处 时，自动让出CPU，等到下一个运行时间里自动跳到断 点处继续执行。
2、CNC系统中断结构模式 ①前后台软件结构中的中断模式（如P173图4.3.8） 前台程序是一个中断服务程序，完成全部的实时功能。 后台（背景）程序是一个循环运行程序，管理和插补 准备在这里完成，后台程序运行中，实时中断程序不 断插入，与后台程序相配合。 ②中断型软件结构中的中断模式 中断型软件结构中的特点是除了初始化程序之外，整 个系统软件的各种任务分别安排在不同级别的中断服 务程序中，整个软件就是一个大的中断系统，其管理 的功能主要通过各级中断服务程序之间的相互通讯来 解决。
③并行处理中的信息交换和同步（如P170图4.3.6）原理： ⑴零件程序通过输入程序的处理先存入纸带缓冲存储区， 这是一个循环存储序列； ⑵插补准备程序（包括译码、刀具补偿和速度处理）先 从纸带缓冲存储区把一个程序段的数据读入译码缓冲存 储区，然后进行译码，刀具补偿和速度处理； ⑶将结果放在插补缓冲存储区； ⑷插补程序在每次初始执行一个程序段的插补运算时， 把插补缓冲存储区的内容读入插补工作区； ⑸用插补工作存储区中的数据进行插补计算，将结果送 到初步输出寄存器。
4.3 计算机数控装置的软 件结构
一、CNC装置软件结构的特点 （一）CNC装置软硬件的界面（如P168图4.3.1）
（二）系统软件的内容及结构类型 系统软件包括：管理和控制两部分（如P168图 4.3.2）
系统的管理部分：输入、I/O处理、通讯、显示、 诊断以及加工程序的编制管理等程序。 系统的控制部分：译码、刀具补偿、速度处理、 插补和位置控制等软件。 结构类型： 在单微处理机数控系统中，常采用前后台型的软 件结构和中断型的软件结构。 在多微处理机数控系统中，将微处理机作为一个 功能单元构成相应的软件结构类型。 CNC装置的软件结构都具有多任务并行处理和多 重实时中断的特点。
②资源重复流水并行处理（如P170图4.3.5） 当CNC装置在自动加工工作方式时，其数据的转换过程将 由零件输入、插补准备、插补、位置控制四个子过程组成， 如果每个子过程的处理时间分别为△ t1、△ t2 、△ t3 、△ t4 ， 那么一个零件程序段的数据转时间将是t= △ t1 + △ t2 + △ t3 + △ t4 。

顺序方式处理：第一个零件程序段处理完以后，再处 理第二个程序段，两个程序段的输出之间有一个时间 为 的间隔，这种时间间隔反映在电机上就是电机的时 转时停；反映在刀具上就是刀具的时走时停，这种情 况在加工工艺上是不允许的。 流水处理：关键是时间重叠，可以解决以上问题，取 最长的子过程处理事件间隔，在一段时间间隔内不是 处理一个子过程，而是处理两个或更多的子过程，在 处理时间较短的子过程时，当处理完后就进入等待状 态，使每个程序段的输出之间不再有间隔，从而保证 了电机和刀具运动的连续性。
输入、输出数据原理： 输入程序往纸带缓冲存储区中写数据是通过同步写 指针W进行的，输入程序每写入一个数据则写指针 W+1，即 W=(W+1)Mod（M） 式中，M是纸带缓冲存储区的容量。 当纸带缓冲存储区满时，即 （R-W）Mod（M）=2 式中，R是读出指针，这时输入程序应使纸带光电 阅读机停止工作，等待缓冲存储区的数据被读出。
二、输入和数据处理程序 （一）零件程序的输入（如P174图4.3.9）
零件程序的输入包括两方面的内容： 一个是从阅读机、键盘输入到零件程序存储器； 二是从零件程序存储器将零件程序的程序段送 入缓冲器（缓冲存储区）。 零件程序的输入流程： 当纸带阅读机已读入一个字符至接口中时，就 向主机发出中断，由中断服务程序将该字符送 到零件程序缓冲存储区（即纸带缓冲存储区）， 然后再送到内存的零件程序存储区。 2、同样，从键盘输入（手动数据输入MDI）时， 再按一个键则表示向主机申请一次中断，调出 一次键盘服务程序，将信息先送到MDI缓冲存 储区，再送入零件程序存储区。
（四）实时中断处理 1、CNC系统的中断类型（外部中断、内部定时中断、硬 件故障中断、程序性中断） ①外部中断 主要有纸带光电阅读机中断、外部监控中断、键盘操作 面板输入中断。 前两种中断的实时性要求很高，将它们放在较高的优先 级上，而键盘和操作面板输入中断则放在较低的中断优 先级上，在有些系统中，甚至用查询方式来处理它。 ②内部定时中断 主要有插补周期定时中断和位置采样定时中断。 ③硬件故障中断 ④程序性中断
①在CNC装置的软件结构中，主要采用“资源分时共享” 和“资源重叠的流水处理”方法。 资源共享是根据“分时共享”的原则，使多个用户按时 间顺序使用同一套设备。 时间重叠是根据流水处理技术，使多个处理过程在时间 上相互错开，轮流使用同一设备的几个部分。 资源分时共享并行处理（如P170图4.3.4）