詳解基于Windows CE的激光切割機(jī)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究

2.3 開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

圖4示出了采用PMAC運(yùn)動(dòng)控制器構(gòu)造的激光切割機(jī)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖4激光切割機(jī)控制系統(tǒng)圖

3.數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 基于Windows CE的數(shù)控系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)

在已有的同類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)中，大多數(shù)系統(tǒng)是基于DOS環(huán)境的，其綜合性能相對(duì)于Windows環(huán)境就弱一些，尤其是人機(jī)交互界面、多任務(wù)以及開(kāi)放性方面比較差。主從計(jì)算機(jī)間的實(shí)時(shí)信息交換通訊是實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)間協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵。本數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性要求方面與機(jī)器人控制相似，如果使用Windows中專(zhuān)用的定時(shí)器控件Timer，雖然使用很方便，可以實(shí)現(xiàn)一定的定時(shí)功能，但最小計(jì)時(shí)精度僅為55ms，且定時(shí)器消息在多任務(wù)操作系統(tǒng)中的優(yōu)先級(jí)很低，不能得到及時(shí)響應(yīng)，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制環(huán)境下的應(yīng)用。所以考慮使用精度更高的多媒體定時(shí)器，它可以實(shí)現(xiàn)精度為1ms的高精度定時(shí)，可以滿(mǎn)足本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。多媒體定時(shí)器不依賴(lài)于消息機(jī)制，而是由函數(shù)TimerSetEvent ( )產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立的線程，在一定的中斷次數(shù)到達(dá)后，直接調(diào)用預(yù)先設(shè)置好的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理，而不必等到應(yīng)用程序的消息隊(duì)列為空。因而設(shè)置該回調(diào)函數(shù)來(lái)完成周期掃描I/O卡的輸入端口，以及向系統(tǒng)定時(shí)發(fā)送消息，使其及時(shí)更新界面和界面中的數(shù)據(jù)。為提高系統(tǒng)的可靠性，多媒體定時(shí)器在整個(gè)控制程序初始化時(shí)開(kāi)啟，并在系統(tǒng)退出時(shí)刪除定時(shí)器以釋放系統(tǒng)資源。每一個(gè)Windows應(yīng)用程序都是一個(gè)進(jìn)程，并由線程來(lái)負(fù)責(zé)執(zhí)行包含在進(jìn)程地址空間中的代碼。實(shí)際上，每個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線程，它們?cè)谶M(jìn)程的地址空間中“同時(shí)地”執(zhí)行代碼。本數(shù)控系統(tǒng)軟件中，采用了前后臺(tái)型的多線程結(jié)構(gòu)形式。前臺(tái)程序由系統(tǒng)主線程和定時(shí)器控制，主要完成界面管理、功能控制、系統(tǒng)管理等，并負(fù)責(zé)響應(yīng)按鍵與界面輸入的數(shù)據(jù)，即實(shí)現(xiàn)管理層的功能。后臺(tái)程序放在輔助線程中，負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)控代碼的編譯處理，向PMAC發(fā)送命令以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了控制層的功能。

3.2 G代碼轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)

為了使PMAC控制卡兼容G代碼指令，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了G代碼編譯轉(zhuǎn)換模塊，大大提高該控制系統(tǒng)的開(kāi)放性和兼容性，為熟悉G代碼編程的用戶(hù)提供了方便。本編譯模塊使用了多線程的方法。多線程的應(yīng)用使程序的并行處理得以實(shí)現(xiàn)，多線程使得不同的代碼可以“同時(shí)”執(zhí)行。本模塊采用了工作者線程，其適用于處理后臺(tái)任務(wù)，而不影響用戶(hù)對(duì)應(yīng)用程序的使用。工作者線程僅僅由一個(gè)函數(shù)體實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，便于編程者控制，與事件同步方法相配合能對(duì)中止消息做出較快反應(yīng)。事件同步是通過(guò)將事件自身設(shè)置為有信號(hào)或無(wú)信號(hào)來(lái)通知其它線程的某一操作已完成或尚未完成，其設(shè)置可由編程人員手工完成，適合于工控程序應(yīng)用。

與之相對(duì)應(yīng)，本模塊具有一個(gè)主線程和兩個(gè)子線程，其中一個(gè)子線程為通信線程，另一個(gè)為計(jì)算線程。主線程是Windows下每個(gè)應(yīng)用程序都具備的，負(fù)責(zé)線程間的同步、向計(jì)算線程和通信線程傳遞參數(shù)、管理人機(jī)界面、接收用戶(hù)輸入等功能。通信線程通過(guò)通信端口(本程序涉及的是PCI接口)負(fù)責(zé)與下端的設(shè)備進(jìn)行通信并交換數(shù)據(jù)。計(jì)算線程負(fù)責(zé)核心算法的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)系統(tǒng)的不同完成不同的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。程序結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5多線程結(jié)構(gòu)示意圖

4.結(jié)論

Windows CE以其良好的實(shí)時(shí)性和對(duì)多線程的支持，為實(shí)現(xiàn)總線式、模塊化、開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)提供了便利。隨著Windows CE. NET系統(tǒng)的不斷完善， PC機(jī)速度的不斷升級(jí)，其可以應(yīng)用的軟硬件資源不斷發(fā)展，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)必將受到國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注。