CN105278466B - 具有多核处理器的数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有多核处理器的数值控制装置，该数值控制装置推定根据从加工程序取得的加工指令来制作要在预定周期中执行的移动指令所需的移动指令制作处理时间，并根据该推定出的处理时间，将制作移动指令的处理分割给多核处理器的各内核。结果提升了移动指令制作处理的处理性能。

Description

具有多核处理器的数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种具有多核处理器的数值控制装置，其能够在允许时间内进行更多的移动指令制作处理。
背景技术
关于控制机床和工业用机械的数值控制装置，像日本特开2014-035564号公报所公开的那样，以成本削减为目的而提供一种具有多核处理器的数值控制装置，其将以往分开的数值控制处理器和顺序控制处理器分别统一成一个处理器的多核中之一，并且还提出了如下技术：通过高速的串行总线来连接处理器与周边控制LSI之间，由此来谋求减少LSI的管脚，能够使周边控制LSI统一化。
此外，在日本特开2009-163527号公报中公开了如下技术：以处理性能的提升为目的，将多核导入到嵌入式系统来实现多OS，在这样的系统中，为了解决不能同时实现将计算资源分配给OS的开销(overhead)最小化和OS间的动态负荷分散这一问题，而抑制将计算资源分配给OS的开销同时使OS间的动态负荷分散。
在数值控制装置的软件处理中存在以下处理：进行加工程序的解析的加工程序解析处理、制作对电动机的移动指令的移动指令制作处理、将数值控制装置和机床的状态显示到显示器的显示处理、以及进行与机床的信号输入输出和顺序处理的PMC处理等。
在这些处理中，为了不中断地进行对电动机的指令，不得不必须在每个周期进行移动指令制作处理来结束处理。此外，由于机床的多轴化、多系统化、高性能化的要求，使得进行关系到轴和系统的处理的移动指令制作处理的处理量年年增加。并且，为了实现更高速且更高精度的加工，还要求缩短处理周期。也就是说，移动指令制作处理要求在更短的时间进行更多的处理。为了应对这样的要求，就需要提升每单位时间的处理能力。
作为用于应对这样的要求的一种方法，想到了如下内容：在具有上述的日本特开2014-035564号公报和日本特开2009-163527号公报所记载的多核处理器的装置中，提高动作频率或者采用内核数量多的处理器。但是，由于提高动作频率而使得处理器的发热变大，会存在导致成为数值控制装置误动作的原因这样的问题。此外，内核数量多的处理器价格高，会存在导致整体成本提升这样的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种使用了多核处理器的数值控制装置，在该数值控制装置中能够在允许时间内进行更多的移动指令制作处理。
本发明提供一种具有多核处理器的数值控制装置，该数值控制装置执行加工程序来控制机床，其中，所述数值控制装置具有：移动指令制作处理时间推定部，其推定根据从所述加工程序取得的加工指令来制作要在预定周期中执行的移动指令所需的移动指令制作处理时间；以及移动指令制作处理分割部，其根据所述移动指令制作处理时间推定部推定出的所述移动指令制作处理时间，将制作所述移动指令的移动指令制作处理分割给所述多核处理器的各内核。
可以是，所述移动指令制作处理时间推定部构成为：根据基于所述加工指令而处理的指令功能或者指令轴数中的至少一方推定出所述移动指令制作处理时间。
可以是，所述移动指令制作处理分割部构成为：根据按所述加工指令的指令功能而分配的分割信息将所述移动指令制作处理分割给所述多核处理器的各内核。
通过本发明，在使用了多核处理器的数值控制装置中，通过推定移动指令制作处理的处理时间、在超越允许时间时对移动指令制作处理进行分割而通过各内核来进行处理，由此，能够提升移动指令制作处理的处理性能，并能够应对机床的多轴和多系统化、高性能化的要求。
附图说明
根据参照附图进行的以下的实施例的说明，可以明确本发明的上述以及其它目的以及特征。这些附图中：
图1是对具有本发明涉及的多核处理器的数值控制装置的一实施方式进行说明的主要部分框图。
图2是表示对图1的数值控制装置装有的多核处理器中各内核分配数值控制装置的各处理的示例的图。
图3是表示图1的数值控制装置装有的多核处理器中各内核中的加工程序解析处理和移动指令制作处理的执行顺序的图。
图4是表示指令功能的种类与运算出各指令功能的推定处理时间的数学式之间的关系的表。
图5是表示在图1的数值控制装置装有的多核处理器中各内核上执行的各处理的推定处理时间和一个周期内的空闲时间的图。
图6是表示将移动指令制作处理的各功能组(指令功能)分配给哪个分割处理预先存储为与各指令功能关联起来的分割处理编号的图。
图7是表示将各分割处理分派给各内核后使得图1的数值控制装置装有的多核处理器中各内核的处理时间没有超越一定周期的、各内核的推定处理时间和一个周期内的空闲时间的图。
图8是表示将内核分配处理分派给图1的数值控制装置装有的多核处理器中各内核的示例的图。
图9是表示由图1的数值控制装置装有的多核处理器中各内核执行的动作处理的过程的流程图。
图10是表示在本发明的方法中将同系统的加工程序解析处理和移动指令制作处理分派给不同内核的示例的图。
图11是表示将本发明的方法应用到6核处理器，并将同系统的加工程序解析处理和移动指令制作处理分派给不同内核的示例的图。
图12是表示将本发明的方法应用到通过6核处理器来进行4系统的控制的数值控制装置的示例的图。
具体实施方式
使用图1来对具有本发明涉及的多核处理器的数值控制装置的一个实施方式进行说明。
数值控制装置10装有多核处理器30以及统一化周边控制LSI11，并且，包括电动机控制部13和放大器接口部16，这些要素分别通过内部总线21而连接。电动机控制部13包括电动机控制部处理器14以及其周边控制LSI15。放大器接口部16是进行与电动机驱动用放大器20之间的通信的接口。多核处理器30具有4个内核31～34。并且，数值控制装置10具有用于在各内核31～34间共享信息的内核间通信所使用的共享存储器。例如，使用DRAM12作为共享存储器。
多核处理器30通过执行加工程序解析处理来对用于控制与数值控制装置10连接的电动机驱动用放大器20的加工程序进行解析，根据该解析结果执行移动指令制作处理来制作移动指令，并经由统一化周边控制LSI11以及内部总线21将该制作出的移动指令发送至电动机控制部13的周边控制LSI15内部的RAM(未图示)。
电动机控制部13的电动机控制部处理器14读取写于其内部的RAM的移动指令，制作发送给电动机驱动用放大器20的电动机控制用数据，并经由内部总线21将该制作出的数据写入到放大器接口部16的通信控制LSI17。
放大器接口部16的通信控制LSI17将写入到通信控制LSI17内部的RAM的数据发送给电动机驱动用放大器20，电动机驱动用放大器20对装备于机床的电动机(未图示)进行驱动。
此外，多核处理器30还执行PMC处理，该PMC处理根据来自与数值控制装置10连接的机械(未图示)的输入数据等来执行预定的顺序控制用程序。然后，根据PMC处理结果将用于控制机械各要素的信号发送给机械侧I/O单元18。
显示器/MDI单元19是具有显示装置和键盘等的手动数据输入装置。统一化周边控制LSI11受理来自键盘的指令和数据并将其转交给多核处理器30，并且将来自在多核处理器30上执行的显示处理的要输出的显示指令输出到该显示器/MDI单元19的显示装置。
在本实施方式中，设为进行有两个加工程序指令系统的多系统控制(multi-pathcontrol)。图2表示将第一系统用的加工程序解析处理以及移动指令制作处理分配给第1内核31，将第二系统用的加工程序解析处理以及移动指令制作处理分配给第2内核32，将显示处理分配给第3内核33，将PMC处理分配给第4内核34的示例。
加工程序解析处理对加工程序进行解析，获得路径的种类(直线或圆弧等)、被指令的轴、移动速度等信息。移动指令制作处理根据加工程序解析处理的解析结果计算出按照所指令的加工路径的电动机的位置，来对电动机进行移动指令。为了不中断地进行对电动机的指令，不得不必须在每个周期进行移动指令制作处理来结束处理。在一个周期中的进行了移动指令制作处理的剩余时间进行加工程序解析处理。
图3是表示在第1内核、第2内核中，在第n周期、第n+1周期中执行加工程序解析处理以及移动指令制作处理时的时间序列顺序的图。
如图3所示，根据第n周期的加工程序解析处理的解析结果，进行第n+1周期的移动指令制作处理。
因此，以后使用根据第n周期的加工程序解析处理的解析结果而进行第n+1周期的移动指令制作处理的示例来说本实施方式。
另外，有时在加工程序解析处理中在一个周期内对多个块的加工程序进行解析。此时，存在根据第n周期的加工程序解析处理的解析结果而进行比第n+1靠后的周期中的移动指令制作处理的情况。即使在该情况下，也能够适用本发明。
接下来，对移动指令制作处理的推定处理时间的计算方法进行说明。
首先，通过在第n周期的加工程序解析处理中解析加工程序，来获得在第n+1周期中的移动指令制作处理要处理的指令功能和指令轴数。接下来，根据在第n+1周期要处理的指令功能和指令轴数，能够使用图4所示的表来计算出第n+1周期的移动指令制作处理的推定处理时间。
图4是表示指令功能的种类与运算出各指令功能的推定处理时间的数学式之间的关系的表。
图4表中的指令功能A～H是在移动指令制作处理要处理的功能组，分别以多个指令轴为指令对象。在移动指令制作处理中，通过将各指令功能设为指令对象的指令轴的数量n作为变量的数学式，来表示为了根据各指令功能制作针对各指令轴的移动指令而花费的推定处理时间。
在第n周期的加工程序解析处理中，对于第n+1周期要处理的指令功能，按图4的表计算出处理时间并对其进行合计，由此能够求出第n+1周期中的移动指令制作处理的推定处理时间。
这里，关于表示各指令功能的推定处理时间的数学式，可根据通过预先实验等用按多个指令轴数来指令指令功能时的处理时间的变化(增减)而求出为近似数学式。在不取决于指令轴数的功能时，在指令功能的推定处理时间的数学式中不包含指令轴数n。
如上所述，在一个周期中的进行了移动指令制作处理的剩余时间进行加工程序解析处理。为了能够在进行了移动指令制作处理的剩余的时间执行，能够动态地变更加工程序解析处理内容使得能根据状况以最低限度的处理来完成即可，因此，本处理的处理时间不固定，但通过预先设定想最低限度确保的最小处理时间，就能将该最小处理时间设为加工程序解析处理的推定处理时间。
显示处理是为了确认数值控制装置和机床的状况而将各种信息显示到显示器的处理。若将一定周期内的显示处理的处理时间设定得短，则一幅画面的显示更新所花费的时间变长，但并不是在机械控制中产生问题。因此，预先设定想要最低限度确保的最小处理时间，并将其设为显示处理的推定处理时间即可。
PMC处理是进行与机床的控制有直接关系的信号输入输出和顺序处理的处理。因此，作为内核的处理能力不能说存在能够对其他的处理进行分散处理的余力。这样的情况下，推定处理时间与周期时间相等即可。
接下来，对在移动指令制作处理的推定处理时间超越允许时间的情况下，分割移动指令制作处理而通过其他内核进行分散处理的处理进行说明。作为内核分配处理在某个内核上执行本处理。
移动指令制作处理的允许时间被定义为从一个周期的周期时间减去加工程序解析处理的最小处理时间而得的值。在移动指令制作处理的推定处理时间超越移动指令制作处理的允许时间的情况下，分割移动指令制作处理通过各内核来进行分散处理。
图5是表示在多核处理器的各内核上执行的各处理的推定处理时间和一个周期内的空闲时间(余力)的图。其中，[1]表示加工程序解析处理的推定处理时间(最低处理时间)；[2]表示移动指令制作处理的允许时间；[3]表示分派给第1内核的移动指令制作处理的推定处理时间；[4]表示分派给第2内核的移动指令制作处理的推定处理时间；[5]表示显示处理的推定处理时间(最低处理时间)；[6]表示PMC处理的推定处理时间；[7]表示一个周期。
该图5表示在第1内核中移动指令制作处理的推定处理时间([3])超越移动指令制作处理的允许时间([2])的示例([2]＜[3])。在前周期执行的加工程序解析处理中，在推定为图5所示的状态时执行如下处理：对移动指令制作处理的推定处理时间超越允许时间的第1内核的移动指令制作处理进行分割。
预先决定以怎样的方式来分割移动指令制作处理，也就是预先决定将移动指令制作处理的各功能组(指令功能)分派给哪一分割处理，如图6的表所示将其与各指令功能关联起来存储为分割处理编号。在分割移动指令制作处理的处理中，按图6的表所表示的分割处理栏的分割处理编号来对各指令功能(各功能组)的移动指令制作处理进行汇总并分割。图6的示例表示移动指令制作处理分割成分割处理1～3这三个。各分割处理的执行时间遵照图6的表，只要对分配给各分割处理的指令功能的推定处理时间进行合计即可。
通过以上内容，求出各内核的推定处理时间、以及移动指令制作处理的推定处理时间超越允许时间时的各分割处理的推定处理时间，因此，执行将各分割处理分派给各内核的处理以使各内核的处理时间不超越一定周期。
图7是表示将各分割处理分派给各内核后以使各内核的处理时间没有超越一定周期的各内核的推定处理时间和一个周期内的空闲时间(余力)的图。其中，[1]表示加工程序解析处理的推定处理时间(最低处理时间)；[2]表示移动指令制作处理的允许时间；[3]表示分派给第1内核的分割后的移动指令制作处理的推定处理时间；[4]表示分派给第2内核的移动指令制作处理的推定处理时间；[5]表示显示处理的推定处理时间(最低处理时间)；[6]表示PMC处理的推定处理时间；[7]表示一个周期。
另外，执行决定分割处理的分派的内核分配处理的内核，可以决定为在处理时间的推定时空闲时间最多的内核，也可以预先固定性地决定为某一个内核。例如，在通过第3内核进行内核分配处理时，如图8所示执行第n+1周期的实际处理。
图9是第n周期中的多核处理器具有的各内核执行的处理的流程图，多核处理器具有的各内核遵照本流程每当各周期开始时进行动作。
[步骤S901]对在第n-1周期中的内核分配处理中是否有分配给本内核的分割处理进行判定。在有分配给本内核的分割处理时向步骤S902前进，在没有时向步骤S903前进。
[步骤S902]执行分配给本内核的分割处理。
[步骤S903]执行本内核应该执行的第n周期中的处理。
[步骤S904]求出本内核的第n+1周期的推定处理时间。求出的推定处理时间被存储于共享存储器。
[步骤S905]对本内核是否是处理分散处理的内核分配的内核(执行内核分配处理的内核)进行判定。在本内核是处理分散处理的内核分配的内核时向步骤S906前进，否则结束第n周期中的本内核的处理。
[步骤S906]对是否求出所有内核中的第n+1周期的推定处理时间进行判定。在求出了所有内核中的第n+1周期的推定处理时间的时间点向步骤S907前进。
[步骤S907]决定第n+1周期的分散处理的内核分配。
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述的实施方式的示例，通过施加适当的变更，能够以其他的方式来实施。例如，也可以构成为以将加工程序解析处理和移动指令制作处理分别分派给不同的内核的方式来进行处理分派(图10、图11)，关于内核数也并不局限于4核，即使增加到更多的内核数(图11、图12)也能够适用本发明。

Claims (3)

1.一种具有多核处理器的数值控制装置，该数值控制装置执行加工程序来控制机床，其特征在于，
所述数值控制装置具有：
移动指令制作处理时间推定部，其推定根据从所述加工程序取得的加工指令来制作要在预定周期中执行的移动指令所需的移动指令制作处理时间；以及
移动指令制作处理分割部，其根据所述移动指令制作处理时间推定部推定出的所述移动指令制作处理时间，将制作所述移动指令的移动指令制作处理分割给所述多核处理器的各内核。
2.根据权利要求1所述的具有多核处理器的数值控制装置，其特征在于，
所述移动指令制作处理时间推定部根据基于所述加工指令而处理的指令功能或者指令轴数中的至少一方推定出所述移动指令制作处理时间。
3.根据权利要求1所述的具有多核处理器的数值控制装置，其特征在于，
所述移动指令制作处理分割部根据按所述加工指令的指令功能而分配的分割信息将所述移动指令制作处理分割给所述多核处理器的各内核。
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