基于C8051和μC／OS-Ⅱ的數(shù)控機(jī)床嵌入式執(zhí)行控制器實(shí)現(xiàn)

在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，功能模塊可分為兩大部分：一部分是實(shí)時(shí)性要求不高的功能，例如人機(jī)界面交互管理等；另一部分是實(shí)時(shí)性要求高的功能，主要有伺服控制、插補(bǔ)計(jì)算等。根據(jù)這一特點(diǎn)，該系統(tǒng)采用兩級(jí)控制結(jié)構(gòu)，利用IPC豐富的軟件資源，提供圖形化的人機(jī)交互環(huán)境；利用嵌入式執(zhí)行控制器的高實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)快速、可靠的控制，充分發(fā)揮了二者的優(yōu)點(diǎn)。兩級(jí)之間用串行口進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。本文主要介紹嵌入式執(zhí)行控制器的實(shí)現(xiàn)。

1 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，IPC作為上位機(jī)，安裝有專用軟件，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；C8051020芯片及其外圍電路構(gòu)成的嵌入式執(zhí)行控制器作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)、可靠的控制。執(zhí)行控制器通過(guò)串行口接收上位機(jī)的命令信息(包括：插補(bǔ)命令、開關(guān)量控制命令)，再將這些信息轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)輸送給相應(yīng)的執(zhí)行部件。例如，將插補(bǔ)命令轉(zhuǎn)換成一連串的插補(bǔ)信號(hào)，輸送給電機(jī)控制部件；將開關(guān)量控制命令轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)，通過(guò)I／O驅(qū)動(dòng)隔離接口板輸送給相應(yīng)的開關(guān)控制器。執(zhí)行控制器同時(shí)還有2個(gè)檢測(cè)任務(wù)：一個(gè)是刀具是否運(yùn)動(dòng)到各軸限位點(diǎn)的檢測(cè)，另一個(gè)是間隙電壓的檢測(cè)。這兩個(gè)信息將為運(yùn)動(dòng)時(shí)的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制提供依據(jù)。執(zhí)行控制器還負(fù)責(zé)將運(yùn)行中的狀態(tài)信息組裝成幀，實(shí)時(shí)地傳送給上位機(jī)。

2 μC／OS-Ⅱ在C8051F020上的移植
要使用μC／OS-Ⅱ，首先就必須把這個(gè)內(nèi)核成功地移植到C805lF020上。μC／OS-Ⅱ的移植主要是對(duì)OS_CPU．H，OS_CPU_A．ASM和OS_CPU_ C．C三個(gè)文件進(jìn)行修改，下面就具體的修改內(nèi)容做介紹。
2．1 OS_CPU．H文件的修改
OS_CPU．H包括了用#define定義的與處理器相關(guān)的常量、宏和類型定義。其中，需要修改的部分如下：




2．2 OS_CPU_A．ASM文件的修改
該文件包含4個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)。
(1)OSStartHighRdy()函數(shù)在多任務(wù)系統(tǒng)啟動(dòng)函數(shù)OSStart()中調(diào)用。作用是設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)志位OSRunning=TRUE；將就緒表中最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的棧指針Load到SP中，并強(qiáng)制中斷返回。
(2)OSCtxSw()函數(shù)是在任務(wù)級(jí)切換函數(shù)中調(diào)用的。作用是保存當(dāng)前任務(wù)的環(huán)境變量，將當(dāng)前SP存入任務(wù)TCB中，載入就緒最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的SP，恢復(fù)就緒最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的環(huán)境變量，中斷返回。這樣就完成了任務(wù)級(jí)的切換。
(3)OSIntCtxSw()在退出中斷服務(wù)函數(shù)OSIntExit()中調(diào)用。作用是實(shí)現(xiàn)中斷級(jí)任務(wù)切換。
(4)OSTicklSR()系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)函數(shù)，其周期的大小決定了內(nèi)核所能給應(yīng)用系統(tǒng)提供的最小時(shí)間間隔服務(wù)。該中斷由C8051F020的TO定時(shí)器完成，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為20 ms。修改代碼如下：