CN111061225A - 基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法 - Google Patents

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莫雪林
郑之开
朱成坤
刘方超
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Abstract

本发明涉及一种基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，包括以下步骤：初始化数控系统的实时环境，判断初始化是否成功，如果是，则继续步骤(2)；否则，输出异常处理信息；调用Xenomai实时核的应用程序接口，创建实时任务；通过GPMC总线与物理控制器建立通信。采用了本发明的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，数控系统中存在多个实时任务同时进行，系统运行稳定高效。本发明不仅应用于车床行业，还可以应用在其他运动控制领域相关的行业，其中整个系统的实时性的到显著提升，软件加工能控制在1ms的时间精度内，实时性高。本发明不仅解决了用户态实时性不好的问题，同时解决了车床行业对数控系统高实时性的要求。

Description

基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法
技术领域
本发明涉及数控系统领域，尤其涉及数控系统控制领域，具体是指一种基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法。
背景技术
目前市场上用于嵌入式领域多采用μC/OS-Ⅱ实时操作系统作为系统软件平台，这种操作系统虽能满足一部分实时性的要求，但是由于其过于小巧，由此会导致难于满足数控系统的多任务处理需求。
数控车床行业的车螺纹指令对于系统的实时性要求非常高，通常要求任务的延迟范围在几十微秒之内，这一点目前的已有的方式是达不到的。
现有的处理方式一般都专注于提高内核态的实时性，对于用户态的实时性关注较少。这样导致用户在用户态对内核返回的数据处理仍有延迟。
Xenomai是一种采用双内核机制的Linux内核的强实时扩展，优先级高于Linux内核，它负责处理系统的实时任务。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足实时性高、操作简便、适用范围较为广泛的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法。
为了实现上述目的，本发明的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法如下：
该基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)初始化数控系统的实时环境，判断初始化是否成功，如果是，则继续步骤(2)；否则，输出异常处理信息；
(2)调用Xenomai实时核的应用程序接口，创建实时任务；
(3)通过GPMC总线与物理控制器建立通信。
较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)调用Xenomai实时核的应用程序接口，创建实时任务；
(2.2)创建非实时任务。
较佳地，所述的步骤(2.1)中的实时任务包括与硬件进行交互的实时任务、不与硬件进行交互的实时任务。
较佳地，所述的步骤(2.1)还包括以下步骤：
根据任务的重要性分配实时任务的优先级。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)通过GPMC总线获取数控适配器的FPGA地址，并建立映射关系；
(3.2)与物理控制器和数控驱动器建立通信。
较佳地，所述的步骤(3.2)具体包括以下步骤：
按照封装的RS485协议与物理控制器和数控驱动器建立通信。
采用了本发明的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，数控系统中存在多个实时任务同时进行，系统运行稳定高效。本发明不仅应用于车床行业，还可以应用在其他运动控制领域相关的行业，例如机电控制、机器人控制等，其中整个系统的实时性的到显著提升，软件加工能控制在1ms的时间精度内，实时性高。本发明不仅解决了用户态实时性不好的问题，同时解决了车床行业对数控系统高实时性的要求。
附图说明
图1为本发明的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，其中包括以下步骤：
(1)初始化数控系统的实时环境，判断初始化是否成功，如果是，则继续步骤(2)；否则，输出异常处理信息；
(2)调用Xenomai实时核的应用程序接口，创建实时任务；
(2.1)调用Xenomai实时核的应用程序接口，创建实时任务；
根据任务的重要性分配实时任务的优先级；
(2.2)创建非实时任务；
(3)通过GPMC总线与物理控制器建立通信；
(3.1)通过GPMC总线获取数控适配器的FPGA地址，并建立映射关系；
(3.2)与物理控制器和数控驱动器建立通信；
按照封装的RS485协议与物理控制器和数控驱动器建立通信。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2.1)中的实时任务包括与硬件进行交互的实时任务、不与硬件进行交互的实时任务。
本发明的具体实施方式中，提供了一种基于运行在中断管道(负责处理中断请求与高分辨率计时器的通道)上的Xenomai实时内核的数控系统，本系统提供了一种针对传统实时操作系统设计的模拟器，该类模拟器提供的API可以满足实时程序运行的需要；实时子内核实际上工作在Linux内核和硬件中间，它最先获取硬件信息，能够得到最快的响应速度。
该数控系统不仅解决了用户态实时性不好的问题，同时解决了车床行业对数控系统高实时性的要求。数控系统软件直接和实时内核进行交互，缩短了到硬件的时间，不仅提高了用户态的实时性，对整个系统的实时性提高效果也很明显。
本发明的数控系统软件运行在Xenomai实时内核之上，Xenomai内核通过GPMC总线与硬件的FPGA通信，数控系统软件通过Xenomai内核提供的实时API进行任务处理，由于Xenomai实时内核支持多个不同优先级的实时任务，因此需要按照任务重要程度对数控系统软件中的任务进行优先级的分配。
具体的实施步骤如下：
1、开启软件，初始化实时环境。
2、调用Xenomai实时核的API，创建不需要与硬件进行交互的实时任务。
3、调用Xenomai实时核的API，通过GPMC总线与数控适配器建立映射关系，并创建需要与物理硬件交互的实时任务。
4、软件按照封装的RS485协议与控制器、驱动器建立通信。
5、用户输入指令开始操作数控系统。
本发明具有应用于车床加工的具体实施例。实施例的具体实施步骤如下：
1、开启软件，初始化实时环境。
2、创建解析引擎的实时任务，为了能够实时解析车螺纹指令。
3、创建其他非实时任务。
4、利用Xenomai实时内核，通过GPMC总线获取数控适配器的FPGA地址，然后使用该地址在普通线程中与物理控制器建立通信。
5、再创建一个与硬件交互的实时任务，用于处理脉冲、端口控制等功能的实时任务。
6、用户输入指令，操作数控系统。
采用了本发明的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，数控系统中存在多个实时任务同时进行，系统运行稳定高效。本发明不仅应用于车床行业，还可以应用在其他运动控制领域相关的行业，例如机电控制、机器人控制等，其中整个系统的实时性的到显著提升，软件加工能控制在1ms的时间精度内，实时性高。本发明不仅解决了用户态实时性不好的问题，同时解决了车床行业对数控系统高实时性的要求。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)初始化数控系统的实时环境，判断初始化是否成功，如果是，则继续步骤(2)；否则，输出异常处理信息；
(2)调用Xenomai实时核的应用程序接口，创建实时任务；
(3)通过GPMC总线与物理控制器建立通信。
2.根据权利要求1所述的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)调用Xenomai实时核的应用程序接口，创建实时任务；
(2.2)创建非实时任务。
3.根据权利要求1所述的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，其特征在于，所述的步骤(2.1)中的实时任务包括与硬件进行交互的实时任务、不与硬件进行交互的实时任务。
4.根据权利要求1所述的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，其特征在于，所述的步骤(2.1)还包括以下步骤：
根据任务的重要性分配实时任务的优先级。
5.根据权利要求1所述的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)通过GPMC总线获取数控适配器的FPGA地址，并建立映射关系；
(3.2)与物理控制器和数控驱动器建立通信。
6.根据权利要求5所述的基于Xenomai实时内核实现数控系统实时控制处理的方法，其特征在于，所述的步骤(3.2)具体包括以下步骤：
按照封装的RS485协议与物理控制器和数控驱动器建立通信。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107817765A (zh) * 2017-11-02 2018-03-20 淮安信息职业技术学院 基于arm11和fpga全功能数控系统
CN110311846A (zh) * 2019-04-28 2019-10-08 威海印刷机械有限公司 基于IGH开源框架的EtherCAT主从系统

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林立明等: "一种嵌入式总线运动控制器的实时系统设计", 《中国机械工程》 *

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