[发明专利]工业以太网数控系统实时与非实时系统内核数据同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有工业以太网通讯接口的数控系统，具体说是工业以太网数控系统实 时与非实时系统内核数据同步方法。

背景技术

目前，在数控系统中最新采用的现场总线技术具有以下特点：(1)系统的开放性；(2)互 操作性和互用性；(3)智能化控制；(4)系统结构的完全分布；(5)现场环境的适应性。由于 拥有以上特点，国际和国内都开展很多研究，并已经形成了很多现场总线标准，如： Profibus、SERCOS、基金会总线、工业以太网等。与其它工业现场总线技术相比，工业以太 网是在标准制定后发展最快的现场总线技术，越来越多的数控系统设计者采用工业以太网作 为其数控系统的现场总线。

在目前被广泛使用的开放式数控系统中，由于其运动控制任务要求实时性，而人机接口 、解释器等任务并没有实时性要求，所以，通常数控操作系统是一个实时操作系统，它一般 采用实时系统内核和非实时系统内核构成的双内核机制，如：Linux+RTAI、Linux+RTLinux 、Windows+RTX等。其中，非实时系统内核通常是通用的操作系统，其完成对各种硬件的驱 动和管理、并提供友好的用户接口，保证了系统的可扩展性。实时系统内核负责实时任务的 管理和调度，中断的处理和分发。原有非实时系统内核作为实时系统内核中优先级最低的任 务。因为，在这种双内核结构的实时操作系统中，实时系统内核并不进行硬件驱动的管理， 所以工业以太网的驱动程序运行在非实时系统内核中。数控系统中的运动控制进程完成对机 床的每个轴的实时控制，它是运行在数控操作系统的实时系统内核中的实时进程。运动控制 进程需要周期性的从工业以太网接口中获取数据，并通过其发送命令，即每周期进行一次同 步操作。在具有工业以太网接口的数控系统中，在非实时系统内核中的工业以太网驱动进程 接受的数据被需要被实时运动进程所使用。这就带来工业以太网数控系统实时系统内核和非 实时系统内核之间的数据同步问题。

一般的同步方法是在实时系统内核中的实时运动进程触发非实时系统内核中的工业以太 网驱动的收发函数，对工业以太网进行收发操作，完成实时系统内核和非实时系统内核的一 次数据同步。但是，在数控操作系统中的实时系统内核与非实时系统内核分属两个不同的地 址空间，拥有不同的执行上下文，在实时系统内核中直接调用非实时内核的函数，将发生强 制上下文切换，影响实时内核进程的执行完成时间，甚至使得实时内核进程不能在规定期限 内完成，破坏系统的实时性。

另外一种容易想到的办法是在工业以太网硬件产生中断时，由处理程序中调用非实时内 核的工业以太网读写函数，将获得的数据拷贝到实时系统内核和非实时系统内核之间的缓冲 区中，然后由实时内核中的运动控制进程读取数据。这种方法不会破坏系统的实时性的。但 是，因为工业以太网硬件产生的中断不是定时产生的，它跟工业以太网上传送的数据大小和 是否丢包有关系，直接采用工业以太网硬件产生的中断驱动运动控制进程与工业以太网驱动 进程进行数据交换，存在缓冲区互斥问题，无法保证实时系统内核中的运动控制进程与非实 时内核中的工业以太网驱动进程周期性的数据同步，不能保证系统的实时性，而且编程复杂

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种实时性强、编程简单 的工业以太网数控系统实时与非实时系统内核数据同步方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种工业以太网数控系统实时与非实时系统内核数据同步方法包括以下步骤：

初始化实时系统内核与非实时系统内核间缓冲区；

在实时系统内核与非实时系统内核间建立优先中断通道；

进行实时系统内核与非实时系统内核间的数据同步。

所述初始化实时系统内核与非实时系统内核间缓冲区包括以下步骤：

实时系统内核中的运动控制进程向实时系统内核申请两块缓冲区，对各缓冲区命名并保 存其头指针，将上述两块缓冲区分别定义为发送缓冲区和接收缓冲区；

非实时系统内核中的工业以太网驱动进程向非实时系统内核申请使用上述两块缓冲区， 直接获得上述两块缓冲区的头指针。

所述在实时系统内核与非实时系统内核间建立优先中断通道包括以下步骤：

在非实时系统内核中注册一个虚拟中断处理程序，以触发非实时系统内核中工业以太网 驱动进程；