JP3053797B2

JP3053797B2 - 制御装置の制御ソフトウエア実行システム

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Publication number: JP3053797B2
Application number: JP10165303A
Authority: JP
Inventors: 茂樹南角
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2000-06-19
Anticipated expiration: 2015-06-19
Also published as: JPH1173216A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、制御装置の制御
ソフトウェア実行システムに関し、さらに詳しくは、制
御装置の制御ソフトウェア（コントロールプログラム）
を効率的に実行できる制御装置の制御ソフトウェア実行
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１に示す数値制御装置５０１のハー
ドウェア構成図を用いて従来の数値制御装置の一般的構
成を説明する。１は、各部の作動を制御したり、数値制
御に必要な演算を行なったりするメインＣＰＵである。
２は、各部を結ぶシステムバスである。３は、数値制御
装置の主要機能を実現する制御ソフトウェアなどを格納
するＲＯＭ（不揮発性の記憶装置）である。４は、一時
記憶やワークエリアなどに用いるＲＡＭ（揮発性の記憶
装置）である。５は、外部との間でシリアル通信により
データのやり取りを行なうＳＩＯインタフェース部であ
る。６は、数値制御装置の運転状態を表示したり、数値
制御装置に与えた指令を確認したりするための表示装置
である。７は、数値制御装置に指令を与えるためのキー
ボード（入力装置）である。８は、サーボモータを制御
するための指令を演算するサーボ制御部である。このサ
ーボ制御部８は、メインＣＰＵ１とは別の専用ＣＰＵを
備えてもよい。９は、サーボ制御部８から受け取った指
令を増幅してサーボモータへ駆動信号を出力するサーボ
アンプである。１０は、工作機械（図示せず）の加工部
を制御するためのサーボモータである。１１は、工作機
械との間で、サーボ制御指令以外のデータをやり取りす
るためのプログラムコントローラ部である。１２は、メ
インＣＰＵ１に与えられる、システムクロック（図示せ
ず）と外部割り込み信号を表している。システムクロッ
クは、数値制御装置全体を制御するためのクロック信号
である。また、外部割り込み信号は、電源異常や非常停
止などのイベント（緊急な出来事）の発生をメインＣＰ
Ｕ１に通知するための信号である。

【０００３】次に、上記の数値制御装置５０１の動作を
説明する。メインＣＰＵ１は、ＲＯＭ３に書き込まれて
いる制御ソフトウェアをシステムバス２を通して１命令
ずつ順に読み込んで実行する。図１２に、命令読込後の
処理手順を示す。加工プログラム入力処理２１では、Ｓ
ＩＯインタフェース部５を通して外部から加工プログラ
ム２０を読み込み、ＲＡＭ４に格納する。そして、加工
プログラム２０をブロック（所定の単位）ごとに内部デ
ータに変換する。補正計算処理２２では、ブロックごと
の内部データを処理し、増分移動量を算出する。また、
工具径や工具長などを補正する。さらに、内部の座標値
の更新処理を行なう。設定表示処理２３では、数値制御
装置の各種データを表示装置６に表示する。また、キー
ボード７を用いてオペレータが入力した各種設定データ
をＲＡＭ４に格納する。補間処理２４では、補正計算処
理２２の処理結果を用いて、微小時間ごとの各軸の移動
量を算出する。サーボ処理２５では、補間処理２４の処
理結果を用いて、さらに小さな単位時間ごとの各軸の移
動量に変換する。更に、サーボモータ１０からのフィー
ドバック制御（図示せず）を行なう。プログラムコント
ロール処理２６では、工作機械との間での入出力処理や
主軸の制御など、工作機械の周辺の制御などを行なう。

【０００４】さて、上記の数値制御装置５０１は、先に
説明したようにメインＣＰＵ１に外部割り込み信号１２
を入力して割込み処理を行なわせることで、非常停止な
どの緊急事態に対処することが出来る。メインＣＰＵ１
は、外部割り込み信号１２が入力されると、予め指定さ
れた別処理を実行し、それら別処理が終了した後に、通
常の命令に復帰する。

【０００５】図１３は、割り込み処理の概念図である。
３０〜３６は、通常の命令である。３７〜４０は、割り
込み命令である。４１は、通常の命令への復帰命令であ
る。例えば、メインＣＰＵ１が通常の命令３３を実行中
に外部割り込み信号１２が入力されると、メインＣＰＵ
１は、通常の命令３３の処理終了後、割り込みを検出
し、予め指定されていた割り込み命令３７の実行を開始
する。そして、割り込み命令３７〜４０の実行を終了し
た後、復帰命令４１を実行して、通常の命令３４に復帰
し、通常の命令３５，３６を実行する。なお、割り込み
処理の処理時間が長くなると多重割り込みなどを考慮す
る必要が出てくるので、割り込み処理の処理時間をでき
るだけ短くすることが望ましい。

【０００６】ところで、上記の数値制御装置５０１の制
御ソフトウェアは、以下に示すような特徴を有する。
数値制御装置の制御ソフトウェアの機能ごとに、処理に
必要な応答時間（ターンアラウンドタイム，デッドライ
ン）が異なる。例えば、サーボ処理２５（図１２）は、
処理結果の算出が遅れると切削が止って被加工物が不良
品になってしまうので、実時間処理でなくてはならな
い。一方、表示装置６への表示処理などは、多少遅れて
も不都合は生じないので、実時間処理でなくてもよい。
メインＣＰＵ１が実行すべき割り込み処理に、多くの
種類がある。これらの理由により、数値制御装置５０１
の制御ソフトウェアは、一般にリアルタイムオペレーテ
ィングシステムの制御のもとで実行される機能ごとのタ
スクを実行単位とすることが多い。

【０００７】次に、リアルタイムオペレーティングシス
テムにより各タスクを制御する方法を説明する。あるタ
スクを定期的に実行させたり、あるタスクを実行する時
間を制限したりするために、通常はメインＣＰＵ１に対
してある一定周期で内部割り込みを入れる。（これをシ
ステムクロックと呼ぶ）リアルタイムオペレーティングシステムは、システムク
ロック割り込みがある度に各タスクの状態を調べ、実行
中のタスクを止めて別のタスクを実行させたりする。
（これをスケジューリング、またはディスパッチと呼
ぶ）また、リアルタイムオペレーティングシステムにおいて
は、各タスクに優先順位（実行の優先度）づけを行な
う。この優先順位の意味は、より低い優先順位のタスク
を実行中に、より高い優先順位のタスクを実行する準備
ができたときは、その優先順位の低いタスクの実行を中
断させて優先順位の高いタスクを実行させることをい
う。（これを横取りという）

【０００８】図１４は、各タスク動作の時間的関係を示
すタイムチャートである。縦軸は各処理の実行状況（実
行または停止）を表し、横軸は時間の経過を表す。な
お、図面作成の都合上、各処理としては、リアルタイム
オペレーティングシステムと，割り込み処理と，（優先
順位が高い順に）サーボ処理タスク，補正計算処理タス
ク，表示設定処理タスクを用いるものとする。Ｐ１は、
リアルタイムオペレーティングシステムが動作している
最中に割り込みが発生して制御が割り込み処理に移った
ことを示す。Ｐ２は、割り込み処理が終了した後、リア
ルタイムオペレーティングシステムのスケジューラに制
御が返る様子を示す。なお、スケジューラは、リアルタ
イムオペレーティングシステムでスケジューリングを行
なう部分である。Ｐ３は、リアルタイムオペレーティン
グシステムのスケジューラにより、次に実行するタスク
としてサーボ処理タスクが選ばれたことを示す。Ｐ４
は、サーボ処理タスクが終了した後、リアルタイムオペ
レーティングシステムに制御が返る様子を示す。Ｐ５
は、リアルタイムオペレーティングシステムのスケジュ
ーリングによって、次に実行するタスクとして補正計算
処理タスクが選ばれたことを示す。Ｐ６は、補正計算処
理タスクが終了した後、リアルタイムオぺレーティング
システムに制御が返る様子を示す。Ｐ７は、より優先順
位の高いタスクを実行する準備ができていないので、優
先順位が最も低い表示処理設定処理タスクに移ったこと
を示す。Ｐ８は、割り込みが発生したことで表示処理設
定処理タスクを中断し、割り込み処理に制御が移ったこ
とを示す。Ｐ９は、割り込み処理を終了した後、リアル
タイムオペレーティングシステムのスケジューラに制御
が返る様子を示す。（一般に、割り込み処理を終了した
後は、もとのタスクに制御は戻らず、オペレーティング
システムのスケジューラに制御が返る。）Ｐ１０は、再び表示設定処理タスクに制御が移ったこと
を示す。Ｐ１１は、システムクロック（図示せず）によ
ってリアルタイムオペレーティングシステムのスケジュ
ーラに制御が返ったことを示す。Ｐ１２は、サーボ処理
タスクを実行する準備ができたので、サーボ処理タスク
に移ったことを示す。（これは、表示設定タスクがサー
ボ処理タスクに実行権を横取りされた例である）Ｐ１３は、サーボ処理タスクはその実行を終了した後、
自主的に実行権を放棄して、リアルタイムオペレーティ
ングシステムのスケジューラに制御を返したことを示
す。Ｐ１４は、再び表示設定処理タスクに制御が移った
ことを示す。以降、各タスクは同様の動作を繰り返し
て、処理を続ける。

【０００９】なお、図１４に示したように、システムク
ロック以外の割り込みは不定期に発生するため、数値制
御装置側ではその発生を予想できない。そこで、各タス
クの特性に応じて、処理時間の配分を行なう必要があ
る。例えば、サーボ処理タスクは、前もって所定の単位
時間のサーボモータの一回分の移動量を計算しておくた
めに、所定の単位時間以内に次の移動量を計算しておく
必要がある。つまり、少なくとも所定の単位時間以内に
は繰り返して実行する必要がある。一方、補正計算処理
タスクは、例えば１回の実行で、サーボ処理タスクを３
回だけ実行するために必要なデータを作成できるので、
単位時間３回につき１回だけ実行すれば良い。また、表
示設定処理タスクは他の処理がない時だけ実行すれば足
る。

【００１０】以上で述べたように、数値制御装置５０１
は、リアルタイムオペレーティングシステム上で制御ソ
フトウェアを実行したときに起動される複数のタスクの
共同作業によって数値制御装置としての機能を実現す
る。

【００１１】さて、現在、数値制御装置の制御ソフトウ
ェアの開発マシンとしては、ワークステーションが主流
である。そこで、図１５に、ワークステーションを用い
た数値制御装置の制御ソフトウェア開発のシステム構成
を例示する。１００は、コンパイラ，数値制御装置の制
御ソフトウェアのソースコードやオブジェクトコードな
ど、各種ファイルを格納しているハードディスクであ
る。１０１は、各種ファイルを一括管理したり、クライ
アントワークステーションの要求に応じてファイルを転
送したりするファイルサーバである。１０２は、他のネ
ットワークと通信するためのゲートウェイマシンであ
る。１０３は、各種Ｉ／Ｏデバイスを制御するためのＩ
／Ｏサーバである。１０４は、他のシステムに繋がって
いるネットワークである。１０５は、システム内を結ぶ
ローカルネットワークである。１０６〜１０８は、クラ
イアントワークステーションである。

【００１２】ワークステーションおよびワークステーシ
ョンのオペレーティングシステムについて説明する。ワ
ークステーションには、以下に示すような特徴がある。ワークステーションにおいては多くのユーザが同時に
使用して、その各ユーザに対して公平なオペレーティン
グシステムのサービスが要求される。つまり、ユーザに
よる優先順位のようなものも普通は存在しないし、また
緊急の割り込みというものもほとんど存在しない。必ず決まった時間以内に処理しなくてはならない処理
は、ほどんど無い。そのため、ワークステーションのオ
ペレーティングシステムとしては、多数の利用者が端末
と対話しながら処理を行えるタイムシェアリングオペレ
ーティングシステムを用いることが多い。

【００１３】タイムシェアリングオペレーティングシス
テムにおいて、あるまとまった処理の単位はプロセスと
呼ばれる。プロセスは、リアルタイムオペレーティング
システムにおけるタスクと類似している。但し、一般
に、リアルタイムオペレーティングシステムのもとでの
各タスクのアドレス空間は１つの同じものである（線形
アドレス空間と呼ぶ）のに対して、タイムシェアリング
オペレーティングシステムでは、プロセスごとに固有な
アドレス空間を持っている。具体例で示せば、リアルタ
イムオペレーティングシステムでは、ＣＰＵがアクセス
して出来るアドレス（これを論理アドレス空間と呼ぶ）
が０番地から１０００００番地まであったと想定する
と、リアルタイムオペレーティングシステムが０番地か
ら１００００番地を占め、タスク１が１０００１番地か
ら２００００番地を占め、タスク２が２０００１番地か
ら２８０００番地までを占める。タスク１の２００００
番地もタスク２の２００００番地も同じところを指し、
同じデータを示す。そこで、タスク間でアドレスをやり
取りすることで、お互いのデータなどを参照できる。一
方、タイムシェアリングオペレーティングシステムで
は、プロセスごとに固有なアドレス空間を持っているの
で、プロセス１とプロセス２がどちらもアドレス０番地
からアドレス１０００００番地までを持っていると想定
すると、プロセス１の２００００番地とプロセス２の２
００００番地では実際のメモリ上の異なるところを指す
ので、そのデータも異なる。

【００１４】次に、プロセスごとに固有なアドレス空間
の実現方法を説明する。図１６は、クライアントワーク
ステーションのメモリ態様図である。１３０はクライア
ントワークステーション、１３１はＣＰＵ、１３２はア
ドレス変換機構、１３３は変換テーブル、１３４は主記
憶（メモリ）、１３５はネットワーク、１３６はファイ
ルサーバ、１３７はハードディスクである。

【００１５】さて、クライアントワークステーション１
３０において、ＣＰＵ１３１で区別できるアドレス空間
（論理アドレス空間）は、一般に、主記憶につけられた
物理的な番地（物理アドレス空間）よりも大きい。そこ
で、仮想記憶の手法により、物理アドレス空間外の論理
アドレスをハードディスクなどの２次記憶装置に割り当
てることで、２次記憶装置をも主記憶とみなせるように
なる。つまり、主記憶の大きさが実装容量に制限されな
くなるので、アドレス空間の制限を気にせずにソフトウ
ェアを作成できるようになる。

【００１６】次に、仮想記憶の手法をさらに詳しく説明
する。図１６において、ＣＰＵ１３１はアドレス変換機
構１３２に対して論理アドレスを送る。アドレス変換機
構１３２では、与えられた論理アドレスの一部または全
部を取り出して変換テーブル１３３の配列の何番目かを
示すインデックスとして用いる。変換テーブル１３３の
内容が主記憶１３４のアドレスを示していれば主記憶１
３４に対して所定の動作を行なう。また、変換テーブル
１３３の内容がハードディスク１３７のブロック番号な
どを示していればファイルサーバ１３６に対してブロッ
ク番号に対応した内容を要求し、ネットワーク１３５を
介して内容を受け取る。主記憶１３４に未使用領域が有
れば、受け取ったデータを未使用領域に格納し、データ
を格納した領域を示すように変換テーブル１３３の内容
を書き換える。また、主記憶１３４に未使用領域が存在
しなければ、主記憶１３４に未使用領域が無ければ、主
記憶１３４の既使用領域を選び、その内容をハードディ
スク１３７に書き戻し、その領域を新たに使用する。な
お、主記憶１３４から変換テーブル１３３を逆にたどる
ソフトウェアの機能も備えられている。（これをコアマ
ップと呼ぶ）

【００１７】さらに、プロセスごとに変換テーブルを持
つことにより、各プロセスが同じ論理アドレス空間を利
用することが出来る。この様子を図１７に示す。１４０
はプロセス１、１４１はプロセス２、１４２はプロセス
１の変換テーブル、１４３はプロセス２の変換テーブ
ル、１４４は実メモリを示す。いま、プロセス１（１４
０）とプロセス２（１４１）のいずれも、アドレス０番
地（論理アドレスの０番地）をアクセスする場合を想定
する。このとき、プロセス１（１４０）は、変換テーブ
ル１４２の０番地の部分を指している。また、プロセス
２（１４１）は、変換テーブル１４３の０番地の部分を
指している。ところで、変換テーブル１４２の０番地と
変換テーブル１４３の０番地は、実メモリ１４４上の異
なる領域を指している。つまり、各プロセスが論理アド
レス空間をフルに利用することが出来る。

【００１８】各プロセスは、例えば図１８に示すよう
に、論理アドレス空間をいくつかの領域に分けて使用す
る。１５５は、１つのプロセスのすべての論理アドレス
空間を示す。１５６は、そのプロセスのテキスト（プロ
グラム）領域を示す。１５８は、予備領域である。この
予備領域は、普段は未使用領域であるが、データ領域や
スタック領域が不足したときには、図示の矢印の方向
で、データ領域やスタック領域として用いられる。１５
７は、そのプロセスが使用するデータ領域を示す。１５
９は、スタック領域を示す。

【００１９】図１９は、タイムシェアリングオペレーテ
ィングシステムにおけるプロセスモデルを示す。２１０
は計算機、２１１はプロセス、２１２は実体（例えばテ
キストコード）、２１３は実体において現在実行中のコ
ードを示すプログラムカウンタである。各プロセスは、
アドレス空間や、そのプログラムカウンタや、スタック
や、レジスタ群などを持っている。なお複数のプロセス
間で協調して処理を行なうときには、プロセス間通信の
手段を用いて相互に連絡をとる必要がある。

【００２０】上記のタイムシェアリングオペレーティン
グシステムでは、各プロセスが固有のアドレス空間を持
つので、プロセスごとの変換テーブルの書き換えなどに
手間がかかり、プロセスの切り換えに時間がかかりやす
い欠点がある。また、各プロセス内の実行を行なう実体
は１個であるので、複雑な処理を行なうアプリケーショ
ンプログラムに対応しずらくなってきた。そのため、近
年、１つのプロセス中に複数の実体を置き、各実体を共
通のアドレス空間のもとであたかも別々のプロセスであ
るかのように動かせるマルチスレッドオペレーティング
システムが提案されている。

【００２１】図２０に、マルチスレッドオペレーティン
グシステムのモデルを示す。２１０は計算機、２１１は
プロセス、２１２は実体、２１３はプログラムカウンタ
である。実体２１２ａを、スレッド（またはライトウェ
イトプロセス）と呼ぶ。このスレッドは、プロセスと同
様に、固有のプログラムカウンタやスタックを備えてお
り、他のプロセスとは独立して動く。１つのプロセス内
の全てのスレッドは同じアドレス空間を持っているの
で、共通変数を共有することも容易である。つまり、先
に説明したタイムシェアリングオペレーティングシステ
ムのプロセスモデルでは、各プロセスが１つずつしかス
レッドを持てないのに対して、マルチスレッドオペレー
ティングシステムのプロセスモデルでは、１つのプロセ
スが複数のスレッドを持つことができる。

【００２２】一般的に、各プロセスが持っていなければ
ならない情報には次のようなものがある。・アドレス空間・共通変数（大域変数）・開いているファイルの情報・自分が生成したプロセスの情報・タイマー情報・シグナル情報・セマフォーの情報一方、スレッド毎に持つべき情報には次のようなものが
ある。・プログラムカウンタ・スタック・レジスタセット・自分が生成したスレッドの情報・自分自身の状態

【００２３】１つのプロセス中のすべてのスレッドは、
プロセスごとに持つべき上記の情報を共有している。一
方、スレッドごとに持つべき上記の情報は、各スレッド
が個々に持っている。例えば図２１に示すように、１つ
のプロセスのすべての論理アドレス空間１５５は、テキ
スト領域１５６と，データ領域１５７と，予備領域１５
８と，スレッド１のスタック領域２２０と，スレッド２
のスタック領域２２１と，スレッド３のスタック領域２
２２と，スレッド「Ｎ−１」のスタック領域２２３と，
スレッドＮのスタック領域２２４とに分れている。つま
り、１つのプロセス内の各スレッドが個別に持たねばな
らない領域のみを別個に割り当てることによって、１つ
のプロセス内に複数のスレッドを構成できる。

【００２４】次に、マルチスレッドオペレーティングシ
ステムにおけるスケジューリングを説明する。図１４を
用いて先に説明したリアルタイムオペレーティングシス
テムではタスクごとにスケジューリング行なったのに対
して、マルチスレッドオペレーティングシステムでは、
スレッドごとにスケジューリングを行なう。但し、マル
チＣＰＵのときにはＣＰＵごとにスレッドが割り当てら
れるので、割り当てられたスレッドごとのスケジューリ
ングを行なえばよい。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の数値制御装
置５０１では、数値制御装置のメインＣＰＵとして、高
性能なＣＰＵを使用すると、ＣＰＵ性能をフルに発揮し
ていない間の余力が無駄となり、コスト高となる。一
方、低性能なＣＰＵを使用すると、低コストとなる代り
に、数値制御装置としての機能に支障が出たり、処理時
間が長くなったりする。この発明は、上記のような問題
点を解決するためになされたもので、低コストで効率的
に制御装置の制御ソフトウェアを実行できる制御装置の
制御ソフトウェア実行システムを得ることを目的とす
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】この発明は、スケジュー
リング機能を有するオペレーティングシステムを用いた
計算機とその計算機に通信回線を介して接続された制御
装置との間に分散型共有メモリの機能を持たせ、リアル
タイムオペレーティンングシステム上で制御ソフトウェ
アを実行したときに起動される複数のタスクの共同作業
によって制御装置としての機能を実現する制御装置のタ
スクの機能を、前記オペレーティングシステムのスケジ
ューリング機能および前記分散型共有メモリの機能を利
用して、前記計算機と前記制御装置とで分散して処理す
ることを特徴とする制御装置の制御ソフトウェア実行シ
ステムを提供する。上記制御装置の制御ソフトウェア実
行システムでは、計算機と制御装置との間でタスクを分
散して処理するので、制御装置には低性能のＣＰＵを使
用でき、低コストにして効率的に制御装置の制御ソフト
ウェアを実行することが出来る。また、オペレーティン
グシステムのスケジューリング機能を利用するので、ス
ケジューラスレッドを生成する必要がない。さらに、分
散型共有メモリの機能を利用するため、１プロセス内の
別スレッドを別ノードで分散して走らせることができな
いマルチスレッドオペレーティングシステムを用いたと
きにも、計算機と制御装置との間でタスクを分散して処
理することが出来る。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態の
数値制御装置の制御ソフトウェア実行システムの全体構
成図である。この制御ソフトウェア実行システムＳ３
は、数値制御装置２００ｂ１〜２００ｂｎと、ホスト計
算機２０１と、ハードディスク２０２と、表示装置２０
３と、キーボード２０４とを備える。数値制御装置２０
０ｂ１〜２００ｂｎとホスト計算機２０１とは、内部ネ
ットワーク２０５を介して接続されている。数値制御装
置２００ｂ１〜２００ｂｎは、リアルタイムオペレーテ
ィングシステムのもとで制御ソフトウェアを実行して、
数値制御装置としての機能を実現する。ホスト計算機２
０１は、汎用のマルチスレッドオペレーティングシステ
ムのもとで数値制御装置の制御ソフトウェアを実行す
る。ハードディスク２０２は、ホスト計算機２０１の外
部記憶装置である。表示装置２０３は、ユーザが必要と
する各種の情報を表示する。キーボード２０４は、ユー
ザからの指示などを受け付ける。外部ネットワーク２０
６は、ホスト計算機２０１を、汎用のワークステーショ
ン（図示せず）などと結ぶ。

【００２８】図２は、数値制御装置２００ｂ１のハード
ウェア構成図である。なお、数値制御装置２００ｂ２〜
２００ｂｎも同じ構成である。１は、各部の作動を制御
したり、数値制御に必要な演算を行なったりするメイン
ＣＰＵである。２は、各部を結ぶシステムバスである。
３は、数値制御装置の主要機能を実現する制御ソフトウ
ェアなどを格納するＲＯＭ（不揮発性の記憶装置）であ
る。４は、一時記憶やワークエリアなどに用いるＲＡＭ
（揮発性の記憶装置）である。５は、外部との間でシリ
アル通信によりデータのやり取りを行なうデータＳＩＯ
インタフェース部である。６は、数値制御装置の運転状
態を表示したり、数値制御装置に与えた指令を確認した
りするための表示装置である。７は、数値制御装置に指
令を与えるためのキーボード（入力装置）である。８
は、サーボモータを制御するための指令を演算するサー
ボ制御部である。９は、サーボ制御部８から受け取った
指令を増幅してサーボモータへ駆動信号を出力するサー
ボアンプである。１０は、工作機械（図示せず）の加工
部を制御するためのサーボモータである。１１は、工作
機械との間で、サーボ制御指令以外のデータをやり取り
するためのプログラムコントローラ部である。１２は、
メインＣＰＵ１に与えられる、システムクロック（図示
せず）と外部割り込み信号を表している。システムクロ
ックは、数値制御装置全体を制御するためのクロック信
号である。また、外部割り込み信号は、電源異常や非常
停止などのイベント（緊急な出来事）の発生をメインＣ
ＰＵ１に通知するための信号である。１３２は、図１６
を用いて先に説明した仮想記憶を実現するためのアドレ
ス変換機構である。２０７は、内部ネットワーク２０５
を通じてホスト計算機２０１や他の数値制御装置２００
ｂ２〜２００ｂｎとの間で通信を行なうためのネットワ
ークインタフェースである。

【００２９】次に、ホスト計算機２０１により、数値制
御装置の制御ソフトウェアを実行する手順を説明する。
なお、説明の都合上、数値制御装置の制御ソフトウェア
は、予めハードディスク２０２に格納されているものと
する。まず、ユーザは、キーボード２０４を用いて数値
制御装置の制御ソフトウェアを実現するプロセスの起動
をホスト計算機２０１に指示する。ホスト計算機２０１
のマルチスレッドオペレーティングシステムは、数値制
御装置の制御ソフトウェアを実現するためのプロセスを
ハードディスク２０２から読み出し、プロセス管理テー
ブルに登録する。

【００３０】プロセス管理テーブルは、概念的には、図
１６と図１７を用いて先に説明した変換テーブル１３３
と類似している。具体例で説明すれば、プロセス管理テ
ーブルは、変換テーブル１３３の配列の１番目からＭ番
目までを図２１に示したテキスト領域１５６を示すため
のスロットとして確保し、変換テーブル１３３の配列の
「Ｍ＋１」番目からＮ番目までを図２１に示したデータ
領域１５７を示すためのスロットとして確保したもので
ある。

【００３１】次に、ホスト計算機２０１は、数値制御装
置の制御ソフトウェアの実行状況に伴って、図２１に示
したプロセスの論理アドレス空間１５５内の各領域を順
にハードディスク２０２から読み出して内部メモリ（図
示せず）へローディングする。

【００３２】次に、ホスト計算機２０１は、数値制御装
置の制御ソフトウェアを実行したときのタスクに相当す
るプロセスを生成する。図３に、プロセスを生成するた
めの流れ図を示す。まず、ステップ２４１では、マルチ
スレッドオペレーティングシステムに備えられているシ
ステムコールを利用して、数値制御装置としての１機能
を実現している１タスク（数値制御装置のリアルタイム
オペレーティングシステムのもとでの１タスク）と同じ
処理を行なう１スレッドを生成する。具体的には、プロ
セス管理テーブルに新たなスレッドのスタック領域用の
スロットを確保し、マルチスレッドオペレーティングシ
ステムが認識するスレッドの表の中に新たなスレッドを
追加する。

【００３３】ステップ２４２では、ステップ２４１で生
成したスレッドに対応した処理を行なう。例えば、数値
制御装置のリアルタイムオペレーティングシステムに対
するシステムコールを、ホスト計算機２０１のマルチタ
スクオペレーティングシステムのスレッドに対するシス
テムコールに書き換える。なお、変換ライブラリを用い
てシステムコールを変換するならば、書き換え負担を軽
減できる。

【００３４】ステップ２４３では、数値制御装置のタス
クに相当するスレッドをすべて生成したか否か判定す
る。すべてのスレッドを生成したならばステップ２４４
に進み、生成すべきスレッドが残っていればステップ２
４１に戻る。なお、すべてのスレッドを生成した時点で
は、ホスト計算機２０１の内部には、図４の概念図に示
すように、マルチスレッドオペレーティングシステム２
４０上に、数値制御装置のタスクと同じ機能を実現する
スレッド１（２３１）〜スレッド６（２３６）を含むプ
ロセス２１１が構成されることになる。

【００３５】ステップ２４４では、スレッド間のスケー
ジューリングを行なうスケージューリング方式を決定す
る。例えば、優先順位に応じて各スレッドを走らせるス
ケジューリング機能をホスト計算機２０１のマルチスレ
ッドオペレーティングシステムが備えている場合には、
システムコールを用いて各スレッドの優先順位を登録す
る。又は、ホスト計算機２０１のマルチスレッドオペレ
ーティングシステムは、準備ができた順序でスレッドを
走らせるスケジューラを有していることもある。ここ
で、“走る”とは、そのスレッドを構成するテキスト領
域が実メモリ上に存在し、そのテキスト領域をＣＰＵが
処理している状態のことである。

【００３６】図５は、スケジューラによるスケジューリ
ングの一例を示す概念図である。２１１は、ホスト計算
機２０１が実行するプロセスである。２３１〜２３４
は、数値制御装置のタスクと同じ機能を実現するスレッ
ドである。２４０は、マルチスレッドオペレーティング
システムである。２５０は、準備が出来たスレッドの中
から１つのスレッドを選び順に走らせるスケジューラで
ある。２５１は、他のプロセスである。

【００３７】ステップ２４５では、数値制御装置の制御
ソフトウェアが最初に初期化タスクを起動し、その初期
化タスクが他のタスクを起動するような方式であるとき
は、初期化タスクと同じ処理を行なうスレッドをシステ
ムコールにより起動する。具体的には、マルチスレッド
オペレーティングシステムのスケジューリング対象のス
レッドの表の中に、初期化タスクと同じ処理を行なうス
レッドを加えればよい。これらの処理により、各スレッ
ドは、予め決定された順序に応じて走ることになる。な
お、数値制御装置の制御ソフトウェアが上記のような方
式でない場合には、従来の数値制御装置の制御ソフトウ
ェアと同じ順序で該当スレッドを起動すればよい。

【００３８】上記のようにホスト計算機２０１のマルチ
スレッドオペレーティングシステムのスケジューリング
機能を利用してスレッド間のスケジューリングを行なう
ので、スレッド間のスケジューリングの制御用に１つの
スレッドを生成する必要がない。つまり、ホスト計算機
２０１は、数値制御装置における各タスクをスレッドと
するだけでよく、スケジューラ２５０と同じ働きをする
スケジューラスレッドを生成する必要がない。

【００３９】なお、比較のために、図６を参照して、ホ
スト計算機２０１のマルチスレッドオペレーティングシ
ステムのスケジューリング機能を利用せずにスケジュー
ラスレッドを生成する場合を説明する。図６は、ホスト
計算機２０１により生成されたスケジューラスレッドに
よるスケジューリングの概念図である。これは、図５を
用いて先に説明したスケジューリングの概念に、スケジ
ューラスレッド２５２を加えたものである。そして、ス
ケジューラスレッド２５２は、マルチスレッドオペレー
ティングシステム２４０上のスケジューラ２５０から数
値制御装置の制御ソフトウェアを実行するプロセス２１
１の実行権を獲得し、スレッド１（２３１）〜スレッド
４（２３４）のスケジューリングをすべて行なう。

【００４０】数値制御装置の制御ソフトウェアのタスク
に相当するスレッドは、ホスト計算機２０１と数値制御
装置２００ｂ１との間でスレッド間通信を行なうこと
で、分散して処理される。スレッドの分散の具体例を説
明すれば、ある数値制御装置２００ｂ１が低性能で安価
なメインＣＰＵを有しており、ホスト計算機２０１が高
性能で高価なＣＰＵを有しているときには、簡単な処理
を行なうスレッドは数値制御装置２００ｂ１に走らせ
て、複雑な処理を行なうスレッドはホスト計算機２０１
に走らせるのが好適である。又、別の具体例を説明すれ
ば、図１２を用いて先に説明した補間処理２４やサーボ
処理２５を行なうスレッドなどは数値制御装置２００ｂ
１に走らせ、加工プログラム入力処理２１や補正計算処
理２２を行なうスレッドはホスト計算機２０１に走らせ
るのが好適である。

【００４１】図７に示す概念図を用いて、ホスト計算機
２０１と数値制御装置２００ｂ１との間で行なわれるス
レッド間通信について説明する。２１１は、プロセスで
ある。２３１はスレッド１、２３２はスレッド２、２３
３はスレッド３、２３４はスレッド４である。２６０は
ノード１、２６１はノード２である。ここで、ノードと
は、ネットワークの枝の端点にあたる情報処理機器の総
称である。例えば、ノード１（２６０）はホスト計算機
２０１、ノード２（２６１）は数値制御装置２００ｂ１
である。２６２は、オペレーティングシステム２４０ａ
のもとでスレッド１とスレッド２との間の通信を処理す
るスレッド間通信処理部である。２６３は、ノード１と
ノード２とを結ぶノード間ネットワークである。

【００４２】いま、ノード１（２６０）内のスレッド１
（２３１）からノード２（２６１）内のスレッド３（２
３３）にメッセージを送る場合を想定する。スレッド１
（２３１）はシステムコールによって相手スレッドを指
定し、メッセージを送る要求をオペレーティングシステ
ム２４０ａに対して発行する。このシステムコールによ
って制御は、オペレーティングシステム２４０ａに移
る。システムコールの内容を解析することで、制御はス
レッド間通信処理部２６２に移る。スレッド間通信処理
部２６２は、相手スレッドがあるノード（ノード２）を
判定し、ノード２（２６１）に対してノード間ネットワ
ーク２６３を介してメッセージを送る。そのメッセージ
は、ノード２（２６１）のスレッド間通信処理部２６２
に渡り、スレッド間通信処理部２６２は、指定されたス
レッド３（２３３）に対してメッセージを渡す。

【００４３】上記の想定では、スレッド１（２３１）か
らスレッド３（２３３）に直接にメッセージを送るもの
としたが、マルチスレッドオペレーティングシステムに
よってはメールボックスを用いてメッセージを渡すこと
も出来る。図８は、ノード１（２６０）内のスレッドが
ノード２（２６１）内のスレッド３（２３３）にメール
ボックスを用いてメッセージを送る場合の概念図であ
る。スレッド１（２３１）はシステムコールによって相
手スレッドのメールボックスを指定し、メッセージを送
る要求をオペレーティングシステム２４０ａに対して発
行する。このシステムコールによって、制御はオペレー
ティングシステム２４０ａに移る。システムコールの内
容を解析することで、制御はスレッド間通信処理部２６
２に移る。スレッド間通信処理部２６２は指定されたメ
ールボックスがあるノード（ノード２）を判定して、ノ
ード２（２６１）に対してノード間ネットワーク２６３
を通してメッセージを送る。そのメッセージはノード２
（２６１）のスレッド間通信処理部２６２に渡る。スレ
ッド間通信処理部２６２は、メールボックス２６４にメ
ッセージを格納する。その後、スレッド間通信処理部２
６２は、スレッド３（２３３）からポートを指定したメ
ッセージ読み込み要求があったらメッセージを渡す。読
み込み要求の方がメッセージの到着よりも速かった場合
には、メッセージが到着するまでスレッド３（２３３）
を待機させる。

【００４４】１プロセス内の別スレッドを別ノードで分
散して走らせることができないマルチスレッドオペレー
ティングシステムでは、分散型共有メモリの機能を利用
して、計算機２０１と数値制御装置２００ｂ１とで分散
して処理する。すなわち、ホスト計算機２０１に数値制
御装置の制御ソフトウェアの機能を実現するプロセスを
走らせ、１つの数値制御装置２００ｂ１にホスト計算機
２０１のプロセスとは独立したスレッドを走らせる。そ
の際、１プロセス内のスレッドでのアドレス空間の共有
を、分散型共有メモリの機能により実現する。

【００４５】図９は、分散型共有メモリの概念図であ
る。ノード１（２６０）のＣＰＵ１３１が、ある論理ア
ドレスに対応した主記憶１３４の内容を読むときは、ア
ドレス変換機構１３２と変換テーブル１３３を用いて、
主記憶１３４の物理アドレスを算出して、内容を得る。
例えば、論理アドレスがノード１（２６０）の主記憶１
３４に対応しているならば、ノード１（２６０）の変換
テーブル１３３は主記憶１３４の物理アドレスを算出す
る。また、論理アドレスがノード２（２６１）の主記憶
１３４に対応しているならば、ノード１（２６０）の変
換テーブル１３３は、ノード間ネットワーク１３５を介
してノード２（２６１）の変換テーブル１３３に主記憶
１３４の内容の読出しを要求する。

【００４６】上記では、ホスト計算機２０１と１つの数
値制御装置２００ｂ１とに分散してスレッドを走らせた
のに対して、図１０に示すように、ホスト計算機２０１
と複数の数値制御装置２００ｂ１〜２００ｂｎとに分散
してスレッドを走らせてもよい。例えば、実時間処理が
必要な補間処理２４やサーボ処理２５（図１２）を行な
うスレッド２３１は、それぞれの数値制御装置２００ｂ
１〜２００ｂｎで走らせ、実時間処理が不要な加工プロ
グラム入力処理２１や補正計算処理２２（図１２）を行
なうスレッド２３２は、ホスト計算機２０１上で共通に
走らせるのが好適である。なお、ホスト計算機２０１上
のスレッド２３２は、数値制御装置２００ｂ１〜２００
ｂｎ対応で少なくとも１つずつ走らせる。

【００４７】以上の数値制御装置の制御ソフトウェア実
行システムＳ３によれば、１プロセス内の別スレッドを
別ノードで分散して走らせることができないマルチスレ
ッドオペレーティングシステムを用いたときにも、計算
機２０１と数値制御装置２００ｂとの間でタスクを分散
して処理するので、低コストにして効率的に数値制御装
置の制御ソフトウェアを実行することが出来る。

【００４８】

【発明の効果】この発明の制御装置の制御ソフトウェア
実行システムによれば、計算機と制御装置との間でタス
クを分散して処理するので、制御装置には低性能のＣＰ
Ｕを使用でき、低コストにして効率的に制御装置の制御
ソフトウェアを実行することが出来る。また、オペレー
ティングシステムのスケジューリング機能を利用するの
で、スケジューラスレッドを生成する必要がない。さら
に、分散型共有メモリの機能を利用するため、１プロセ
ス内の別スレッドを別ノードで分散して走らせることが
できないマルチスレッドオペレーティングシステムを用
いたときにも、計算機と制御装置との間でタスクを分散
して処理することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の数値制御装置の制御ソ
フトウェア実行システムを示す全体構成図である。

【図２】数値制御装置のハードウェア構成図である。

【図３】プロセスを生成するための流れ図である。

【図４】ホスト計算機の内部に構成されたプロセスの概
念図である。

【図５】スケジューラによるスケジューリングの概念図
である。

【図６】スケジューラスレッドによるスケジューリング
の概念図である。

【図７】数値制御装置とホスト計算機の間で行なわれる
スレッド間通信の概念図である。

【図８】メールボックスを介したスレッド間通信の概念
図である。

【図９】分散型共有メモリの概念図である。

【図１０】ホスト計算機と複数の数値制御装置とに分散
してスレッドを走らせる説明図である。

【図１１】従来の数値制御装置のハードウェア構成図で
ある。

【図１２】従来の数値制御装置の処理手順を示す説明図
である。

【図１３】割り込み処理の概念図である。

【図１４】各タスク動作の時間的関係を示すタイムチャ
ートである。

【図１５】ワークステーションを利用した制御ソフトウ
ェア開発システムの構成図である。

【図１６】クライアントワークステーションのメモリ態
様図である。

【図１７】各プロセスが同じ論理アドレス空間を利用で
きることを示す原理図である。

【図１８】１つのプロセスの論理アドレス空間内の領域
図である。

【図１９】タイムシェアリングオペレーティングシステ
ムにおけるプロセスモデルの例示図である。

【図２０】マルチスレッドオペレーティングシステムに
おけるモデルの例示図である。

【図２１】１つのプロセスの論理アドレス空間内の別の
領域図である。

【符号の説明】

１メインＣＰＵ２システムバス３ＲＯＭ４ＲＡＭ５ＳＩＯインタフェース部６表示装置７キーボード８サーボ制御部９サーボアンプ１０サーボモータ１１プログラムコントローラ部１２外部割り込み信号１３２アドレス変換機構Ｓ３制御ソフトウェア実行システム２００ｂ１，…，２００ｂｎ数値制御装置２０１ホスト計算機２０２ハードディスク２０３表示装置２０４キーボード２０５内部ネットワーク２０６外部ネットワーク２０７ネットワークインタフェース

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スケジューリング機能を有するオペレー
ティングシステムを用いた計算機とその計算機に通信回
線を介して接続された制御装置との間に分散型共有メモ
リの機能を持たせ、リアルタイムオペレーティンングシ
ステム上で制御ソフトウェアを実行したときに起動され
る複数のタスクの共同作業によって制御装置としての機
能を実現する制御装置のタスクの機能を、前記オペレー
ティングシステムのスケジューリング機能および前記分
散型共有メモリの機能を利用して、前記計算機と前記制
御装置とで分散して処理することを特徴とする制御装置
の制御ソフトウェア実行システム。