DE102006040416A1 - Device for controlling and / or regulating a machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Maschine, wobei die Einrichtung (8) einen Multicore-Prozessor (1) mit mehreren Cores (2, 3) aufweist, auf denen Echtzeitprogramme und Nicht-Echtzeitprogramme flexibel verteilbar sind. Die Erfindung schafft eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Maschine, die eine flexible Aufteilung der Abarbeitung mindestens eines Echtzeitprogramms und mindestens eines Nicht-Echtzeitprogramms auf einem einzelnen Prozessor erlaubt.The invention relates to a device for controlling and / or regulating a machine, wherein the device (8) has a multicore processor (1) with a plurality of cores (2, 3) on which real-time programs and non-real-time programs can be distributed flexibly. The invention provides a device for controlling and / or regulating a machine, which allows a flexible distribution of the processing of at least one real-time program and at least one non-real-time program on a single processor.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer MaschineThe The invention relates to a device for controlling and / or regulating a machine
Bei Echtzeitanwendungen zur Steuerung und/oder Regelung einer Maschine ist ein zyklischer Datenverkehr zweckmäßig. Die Echtzeitanwendung, Geber und Antriebe bilden einen Regelkreis. Typischerweise arbeitet ein solcher Regelkreis mit einem vorgebbaren zeitlich konstanten Takt. Dieser Takt muss für alle Komponenten konstant sein. Bei industriellen Maschinen, wie z.B. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschinen und/oder Robotern, ist häufig eine größere Anzahl von Antrieben mit einer steuernden und/oder regelnden Einrichtung verbunden. Die Einrichtung kann dabei z.B. in Form einer numerischen Steuerung der Maschine vorliegen. Der Datenverkehr erfolgt dann üblicherweise mit einer Kommunikationseinrichtung über z.B. eine Echtzeitbusanbindung. Die Kommunikationseinrichtung muss die Übertragung der Daten im Takt sicherstellen.at Real-time applications for controlling and / or regulating a machine cyclic data traffic is appropriate. The real-time application, encoder and drives form a control loop. Typically, one works Such control circuit with a predetermined time constant clock. This clock must be for all components are constant. In industrial machines, such as e.g. Machine tool, production machines and / or robots is often one larger number of drives with a controlling and / or regulating device connected. The device may e.g. in the form of a numeric Control of the machine present. The data traffic is then usually with a communication device via e.g. a real-time bus connection. The communication device must transfer the data in time to ensure.
Die Abarbeitung der Steuerungs- und Regelungsfunktionen erfolgt innerhalb von einem oder mehreren Echtzeitprogrammen, während azyklische Aufgaben, wie z.B. die Visualisierung von Prozessdaten, innerhalb von einem oder mehreren Nicht-Echtzeitprogrammen abgearbeitet werden. Unter Echtzeitprogrammen sind dabei Programme zu verstehen, die auf einem Echtzeitbetriebssystem ablaufen und deren Abarbeitung zyklisch mit Hilfe eines vorzugsweisen äquidistanten Takts erfolgt. Nicht-Echtzeitprogramme laufen auf einem Nicht-Echtzeitbetriebssystem wie z.B. Unix ab.The Processing of the control and regulation functions takes place within one or more real-time programs, while acyclic tasks, such as. the visualization of process data, within one or several non-real-time programs. Under Real-time programs are programs that can be understood on one Run real-time operating system and their processing cyclically with Help of a preferable equidistant Takts done. Non-real-time programs run on a non-real-time operating system such as Unix off.
Häufig wird an eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Maschine die Anforderung gestellt, dass sowohl Echtzeit als auch Nicht-Echtzeitprogramme auf einer Recheneinrichtung nebeneinander ablaufen können, wobei das Echtzeit programm die Steuerung und/oder Regelung von Antrieben der Maschine erlaubt und das Nicht-Echtzeitprogramm wie schon oben gesagt azyklische Aufgaben, wie z.B. die Visualisierung von Prozessdaten übernimmt.Frequently becomes to a device for controlling and / or regulating the machine The requirement is that both real-time and non-real-time programs can run side by side on a computing device, wherein the real-time program the control and / or regulation of drives allowed the machine and the non-real-time program as above said acyclic tasks, such as the visualization of process data takes over.
Aus
der Offenlegungsschrift
Der Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass die gesamte Abarbeitung eines einzelnen oder mehreren Echtzeitprogramme und eines einzelnen oder mehrerer Nicht-Echtzeitprogramme auf einem einzelnen Core eines Prozessors abläuft. Eine flexible Aufteilung der Programme ist nicht möglich. Hierdurch bedingt resultiert eine hohe Rechenauslastung des Prozessors, was häufig Störungen und unerwünschte Jitter, d.h. zeitliche Schwankungen der zyklischen Abarbeitung des Echtzeitbetriebssystems zur Folge hat.Of the The prior art has the disadvantage that the entire processing a single or multiple real-time programs and a single one or multiple non-real-time programs on a single core of one Processor expires. A flexible distribution of programs is not possible. hereby Conditionally results in a high computing load of the processor, which often disorders and unwanted Jitter, i. temporal fluctuations of the cyclic execution of the Real-time operating system.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Maschine zu schaffen, die eine flexible Aufteilung der Abarbeitung mindestens eines Echtzeitprogramms und mindestens eines Nicht-Echtzeitprogramms auf einem einzelnen Prozessor erlaubt.It The object of the invention is a device for controlling and / or Regulation of a machine to create a flexible layout the processing of at least one real-time program and at least a non-real-time program on a single processor.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Maschine, wobei die Einrichtung einen Multicore-Prozessor mit mehreren Cores aufweist, wobei ein Echtzeitprogramm, die Steuerung und/oder Regelung von Antrieben der Maschine erlaubt, wobei in einem ersten Core ein erster Teil des Echtzeitprogramms und in einem zweiten Core ein zweiter Teil des Echtzeitprogramms und zumindest ein Teil eines Nicht-Echtzeitprogramms abläuft, wobei die Vorgabe des Abarbeitungsbeginns des ersten Teils des Echtzeitprogramms mittels einem dem ersten Core vorgebbaren ersten Takts erfolgt, wobei die Vorgabe des Abarbeitungsbeginns des zweiten Teils des Echtzeitprogramms mittels einem dem zweiten Core vorgebbaren zweiten Takts erfolgt.These Task is solved by a device for controlling and / or regulating a machine, the device being a multicore processor with multiple cores having a real-time program, the control and / or regulation allowed by drives of the machine, being in a first core a first part of the real-time program and in a second core second part of the real-time program and at least part of a Non-real-time program expires, wherein the default of the start of processing the first part of the real-time program takes place by means of a first cycle predetermined by the first core, wherein the specification of the beginning of the processing of the second part of Real-time program by means of a second core predetermined second Takts done.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Maschine, wobei die Einrichtung einen Multicore-Prozessor mit mehreren Cores aufweist, wobei ein Echtzeitprogramm die Steuerung und/oder Regelung von Antrieben der Maschine erlaubt, wobei ein weiteres Echtzeitprogramm, die Steuerung und/oder Regelung von weiteren Antrieben der Maschine erlaubt, wobei in einem ersten Core das Echtzeitprogramm und ein erster Teil eines Nicht-Echtzeitprogramms und in einem zweiten Core das weitere Echtzeitprogramm und ein zweiter Teil des Nicht-Echtzeitprogramms ablauft, wobei die Vorgabe des Abarbeitungsbeginns des Echtzeitprogramms mittels einem dem ersten Core vorgebbaren ersten Takts erfolgt, wobei die Vorgabe des Abarbeitungsbeginns des weiteren Echtzeitprogramms mittels einem dem zweiten Core vorgebbaren zweiten Takts erfolgt.Farther this task is solved by a device for controlling and / or regulating a machine, the device being a multicore processor with multiple cores wherein a real-time program controls and / or regulates Drives of the machine allowed, with another real-time program, the control and / or regulation of other drives of the machine allowed, where in a first core the real-time program and a first part of a non-real-time program and in a second core the further real-time program and a second part of the non-real-time program runs, with the specification of the start of processing of the real-time program takes place by means of a first core predetermined first clock, wherein the specification of the processing start of the further real-time program takes place by means of a second clock predetermined by the second core.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn in dem ersten Core neben einem Echtzeitbetriebssystem ausschließlich der erste Teil des Echtzeitprogramms ablauft. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass, da keine Umschaltung innerhalb eines Cores von einem Nicht-Echtzeitprogramm auf ein Echtzeitprogramm notwendig ist, durch die Umschaltung bedingte Jitter bei der Abarbeitung des ersten Teils eines Echtzeitprogramms vermieden werden.It proves to be advantageous if, in addition to a real-time operating system, only the first part of the real-time program runs in the first core. By this measure, it is achieved that, since there is no need to switch within a core from a non-real-time program to a real-time program, jitter caused by the switchover occurs during the execution of the first part of a program Real-time program can be avoided.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Einrichtung über eine Kommunikationseinrichtung mit den Antrieben zum Austausch von Daten verbunden ist. Die Anbindung der Antriebe zum Austausch von Daten mit der Einrichtung über eine Kommunikationseinrichtung stellt eine handelsübliche Anbindung der Antriebe dar.Farther it proves to be advantageous if the device via a Communication device connected to the drives for exchanging data is. The connection of the drives to the exchange of data with the Facility over a communication device provides a commercially available connection the drives.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Takt von einem Taktgeber erzeugt wird, wobei der Taktgeber integraler Bestandteil der Einrichtung ist. Wenn der Takt von einem Taktgeber erzeugt wird, der integraler Bestandteil der Einrichtung ist, steht der Takt auch bei einer Störung der Datenverbindung zwischen Einrichtung und Kommunikationseinrichtung für die Vorgabe des Abarbeitungsbeginns des Echtzeitprogramms zur Verfügung.Further it proves to be advantageous if the first clock from a clock is generated, the clock is an integral part of the device is. When the clock is generated by a clock that is integral Part of the device is, the clock is also at a fault of Data connection between device and communication device for the Specification of the processing start of the real-time program available.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Takt von einem Taktgeber erzeugt wird, wobei der Taktgeber integraler Bestandteil der Kommunikationseinrichtung ist. Wenn der Taktgeber integraler Bestandteil der Kommunikationseinrichtung ist, ist der Taktgeber, da er auch den Takt für den Echtzeitbus zur Anbindung der Antriebe an das Kommunikationssystem vorgibt, prozessnah lokalisiert und der Takt kann den Antrieben mit hoher Genauigkeit vorgegeben werden.Farther it proves to be advantageous if the first clock from a clock is generated, wherein the clock is an integral part of the communication device is. If the clock is an integral part of the communication device is the clock, since it is also the clock for the real-time bus for connection specifies the drives to the communication system, localized process-oriented and The clock can be specified to the drives with high accuracy.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der zweite Takt vom ersten Core erzeugt wird. Wenn der zweite Takt vom ersten Core erzeugt wird, kann auf der Verwendung eines zusätzlichen Taktgebers zur Erzeugung des zweiten Taktes verzichtet werden.Farther it proves to be advantageous if the second clock from the first Core is generated. When the second clock is generated by the first core can be based on the use of an additional clock generator be dispensed with the second clock.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kommunikationseinrichtung über einen Echtzeitbus mit den Antrieben verbunden ist, wobei der Bustakt des Echtzeitbuses vom Taktgeber vorgegeben wird. Wenn der Takt des Taktgebers sowohl als Bustakt als auch gleichzeitig zur Taktung des Echtzeitprogramms verwendet wird, kann eine hochgenaue Synchronisierung der Komponenten erreicht werden.Further it proves to be advantageous if the communication device via a Real-time bus is connected to the drives, with the bus clock of the Real-time bus is specified by the clock. When the clock of the clock both as a bus clock and at the same time to the timing of the real-time program used, can be a high-precision synchronization of the components be achieved.
Der Multicore-Prozessor kann dabei auch als Dualcore-Prozessor, der nur zwei Cores aufweist, ausgebildet sein, falls die Rechenleistung eines Dualcore-Prozessors ausreichend ist.Of the Multicore processor can also be used as a dual-core processor, the has only two cores, be formed, if the computing power a dual-core processor is sufficient.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Multicore-Prozessor einen dritten Core aufweist, wobei ein weiteres Echtzeitprogramm, die Steuerung und/oder Regelung von weiteren Antrieben der Maschine erlaubt, wobei in dem dritten Core zumindest ein Teil des weiteren Echtzeitprogramms und ein weiterer Teil des Nicht-Echtzeitprogramms abläuft, wobei die Vorgabe des Abarbeitungsbeginns des Teils des weiteren Echtzeitprogramms mittels einem dem dritten Core vorgebbaren weiteren Takts erfolgt. Hierdurch kann die Flexibilität der Aufteilung der einzelnen Programme noch erhöht werden.Further it proves to be advantageous if the multicore processor has a third Core, with another real-time program, the control and / or Control of other drives allowed the machine, wherein in the third core at least part of another real-time program and another part of the non-real-time program expires, where the specification of the processing start of the part of the further real-time program is done by means of a third core predetermined additional clock. This allows flexibility the breakdown of individual programs will be increased.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn in dem dritten Core neben einem Echtzeitbetriebssystem ausschließlich zumindest ein Teil des weiteren Echtzeitprogramms abläuft. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass, da keine Umschaltung innerhalb des dritten Cores von einem Nicht-Echtzeitprogramm auf ein Echtzeitprogramm notwendig ist, durch die Umschaltung bedingte Jitter bei der Abarbeitung des weiteren Echtzeitprogramms vermieden werden.Farther proves to be beneficial if in the third core next a real-time operating system exclusively at least part of the other Real-time program runs. By this measure is achieved that, since no switching within the third Cores from a non-real-time program to a real-time program necessary is, due to the switching conditional jitter in the execution of the another real-time program can be avoided.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Einrichtung über eine weitere Kommunikationseinrichtung mit den weiteren Antrieben zum Austausch von Daten verbunden ist. Die Anbindung der weiteren Antriebe zum Austausch von Daten mit der Einrichtung über eine weitere Kommunikationseinrichtung stellt eine handelsübliche Anbindung der weiteren Antriebe dar.Further it proves to be advantageous if the device via a further communication device with the other drives for Exchange of data is connected. The connection of the other drives for exchanging data with the device via another communication device represents a commercial Connection of the other drives.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der weitere Takt von einem weitern Taktgeber erzeugt wird, wobei der weitere Taktgeber integraler Bestandteil der Einrichtung ist. Wenn der weitere Takt von einem weiteren Taktgeber erzeugt wird, der integraler Bestandteil der Einrichtung ist, steht der weitere Takt auch bei einer Störung der Datenverbindung zwischen Einrichtung und weitern Kommunikationseinrichtung für die Vorgabe des Abarbeitungsbeginns des Teils des weiteren Echtzeitprogramms zur Verfügung.Farther proves to be advantageous if the further clock of one Further clock is generated, the other clock is an integral part the device is. If the further clock from another clock is generated, which is an integral part of the device stands the further clock even with a fault in the data connection between Device and further communication device for the specification the processing start of the part of the further real-time program to disposal.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der weitere Takt von einem weitern Taktgeber erzeugt wird, wobei der wei tere Taktgeber integraler Bestandteil der weiteren Kommunikationseinrichtung ist. Wenn der weiterer Taktgeber integraler Bestandteil der weiteren Kommunikationseinrichtung ist, ist der weitere Taktgeber, da er auch den weitern Takt für den weiteren Echtzeitbus zur Anbindung der weiteren Antriebe an das weitere Kommunikationssystem vorgibt, prozessnah lokalisiert und der weitere Takt kann den weiteren Antrieben mit hoher Genauigkeit vorgegeben werden.Farther proves to be advantageous if the further clock of one Further clock is generated, with the wei tere clock integral part the further communication device is. If the other clock is an integral part of the further communication device, is the other clock, because he also the further clock for the other Real-time bus for connecting the further drives to the further communication system pretending localized process-oriented and the other clock can the other drives be specified with high accuracy.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die weitere Kommunikationseinrichtung über einen weitern Echtzeitbus mit den weitern Antrieben verbunden ist, wobei der Bustakt des weiteren Echtzeitbuses vom weiteren Taktgeber vorgegeben wird. Durch diese Maßnahmen können die Antriebe und die weiteren Antriebe vollkommen unabhängig voneinander gesteuert und/oder geregelt werden.Farther it proves to be advantageous if the further communication device via a weitern real-time bus is connected to the other drives, where the bus clock of the other real-time bus from the other clock specified becomes. Through these measures can the drives and the other drives are completely independent of each other controlled and / or regulated.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Einrichtung über eine Kommunikationseinrichtung mit den Antrieben zum Austausch von Daten verbunden ist, wobei die Einrichtung über eine weitere Kommunikationseinrichtung mit den weiteren Antrieben zum Austausch von Daten verbunden ist. Durch diese Maßnahmen können die Antriebe und die weiteren Antriebe vollkommen unabhängig voneinander gesteuert und/oder geregelt werden.Furthermore, it proves to be advantageous if the device is connected via a communication device with the drives for the exchange of data, wherein the device is connected via a further communication device with the other drives for exchanging data. As a result of these measures, the drives and the further drives can be controlled and / or regulated completely independently of one another.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Takt von einem Taktgeber erzeugt wird, wobei der zweite Takt von einem weiteren Taktgeber erzeugt wird, wobei der Taktgeber und der weitere Taktgeber integraler Bestandteil der Einrichtung sind. Durch diese Maßnahmen können die Antriebe und die weiteren Antriebe vollkommen unabhängig voneinander gesteuert und/oder geregelt werden.Further it proves to be advantageous if the first clock from a clock is generated, wherein the second clock from another clock is generated, wherein the clock and the other clock integrals Part of the device are. Through these measures, the drives and the others Drives completely independent controlled and / or regulated by each other.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Takt von einem Taktgeber erzeugt wird, wobei der zweite Takt von einem weiteren Taktgeber erzeugt wird, wobei der Taktgeber und der weitere Taktgeber integraler Bestandteil der Einrich tung sind. Somit stehen der erste Takt und der zweite Takt auch bei einer Störung der Datenverbindung zwischen Einrichtung und externen Komponenten für die Vorgabe des Abarbeitungsbeginns zur Verfügung.Further it proves to be advantageous if the first clock from a clock is generated, wherein the second clock from another clock is generated, wherein the clock and the other clock integrals Part of the Einrich tion are. Thus, the first clock and the second clock also in case of a disturbance of the data connection between Device and external components for the specification of the start of processing to disposal.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Takt von einem Taktgeber erzeugt wird, wobei der Taktgeber integraler Bestandteil der Kommunikationseinrichtung ist, wobei der zweite Takt von einem weitern Taktgeber erzeugt wird, wobei der weitere Taktgeber integraler Bestandteil der weiteren Kommunikationseinrichtung ist. Hierdurch wird eine prozessnahe Takterzeugung gewährleistet.Further it proves to be advantageous if the first clock from a clock is generated, wherein the clock is an integral part of the communication device is, wherein the second clock is generated by a further clock, wherein the further clock is an integral part of the further communication device is. As a result, a process-near clock generation is guaranteed.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kommunikationseinrichtung über einen Echtzeitbus mit den Antrieben verbunden ist, wobei der Bustakt des Echtzeitbusses vom Taktgeber vorgegeben wird und dass die weitere Kommunikationseinrichtung über einen weiteren Echtzeitbus mit den weiteren Antrieben verbunden ist, wobei der Bustakt des weiteren Echtzeitbusses vom weiteren Taktgeber vorgegeben wird. Durch diese Maßnahmen können die Antriebe und die weiteren Antriebe vollkommen unabhängig voneinander gesteuert und/oder geregelt werden.Farther it proves to be advantageous if the communication device via a real-time bus connected to the drives, where the bus clock of the real-time bus is specified by the clock and that the further communication device via a another real-time bus is connected to the other drives, wherein the bus clock of the further real-time bus from the other clock specified becomes. Through these measures can the drives and the other drives are completely independent of each other controlled and / or regulated.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder eines Roboters verwendet wird, da zur Steuerung und/oder Regelung solcher Maschinen oft eine hohe Rechenleistung gefordert ist.Further it proves to be advantageous if the device for control and / or regulation of a machine tool, production machine and / or a robot is used because of the control and / or regulation Such machines often require a high computing power.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen:Three embodiments The invention are illustrated in the drawing. Showing:
Aus dem Stand der Technik sind so genannte Multicore-Prozessoren bekannt, die gegenüber einem normalen Prozessor über mehrere Cores, d.h. über mehrere voneinander unabhängige Rechenkerne verfügen. Eine spezielle Ausprägung eines Multicore-Prozessors stellt ein so genannter Dualcore-Prozessor dar, der über lediglich zwei Cores verfügt.Out the prior art are known as multicore processors, the opposite a normal processor over several cores, i. above several independent ones Have cores. A special expression a multicore processor provides a so-called dual-core processor that's over has only two cores.
In
Die
Echtzeitanwendung und insbesondere das Echtzeitprogramm benötigt einen
zyklischen ersten Takt T1, der von einem Taktgeber
Alternativ
kann der erste Takt T1 aber auch von einem in
In
Alternativ
kann der weitere Takt T3 aber auch von einem in die Einrichtung
In
Selbstverständlich können auch
bei dieser Ausführungsform
die Taktgeber integraler Bestandteile der jeweilig zugehörigen Kommunikationseinrichtung
oder integraler Bestandteil der Einrichtung
Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass in den gegebenenfalls noch
vorhandenen zusätzlichen Cores
des Multicore-Prozessors, die in den
Claims (22)
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