[发明专利]一种基于Windows的易伸缩数控系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种数控技术，具体涉及一种基于Windows操作系统和模块 化设计结构的全软件数控系统。

背景技术：

制造业是一个国家的基础行业，它直接体现了一个国家的生产力水平。数 控技术是提高产品质量和劳动生产率的重要手段，代表着当今的先进生产力。 因此，数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业现代化程度的主要标 志。

传统的数控系统虽然在实时性方面表现不错，但因其采用的是封闭式的和 专机专用的体系结构，这种结构最大的缺点是开放性差，具体表现在难以根据 实际应用情况来对系统结构进行伸缩调整，如：加入新的控制算法和功能。

目前，随着信息化技术特别是计算机技术的飞速发展，基于Windows操 作系统的开放式数控系统越来越受到人们关注。Windows在PC操作系统中一 直占据着统治地位，它作为当今最流行的操作系统，在数据处理、文档管理、 多任务调度、多媒体和网络通信等方面表现出强大的功能，而且日益完善的软 硬件接口标准更让人们看到了真正实现数控系统开放化的曙光。

然而，Windows不是一个实时操作系统，它是一个多任务操作系统。因此， 不能直接用于数控系统软件的开发，其根本原因是应用程序运行在访问权限最 低的Ring3层，不能直接对硬件进行操作，难以保证精确的定时控制。目前解 决这个问题主要有以下方式：

(1)基于双处理器的方案。上层PC的处理器运行Windows平台和数控 系统中对实时性要求不高的部分，如：用户界面、加工代码编译、文件管理等。 底层处理器，如DSP等，则完成对实时性要求较高的部分，如：端口控制、 轨迹插补等。这一方案虽然既发挥了Windows的长处，又满足了实时性要求。 但存在着硬件规模太大，不利于可靠性的提高和成本的降低问题。

(2)基于实时操作系统的全软件方案。目前广泛应用在数控系统上的实 时操作系统有：WinCE、RTLinux、ucOS-II等，这种方案虽能通过直接操纵硬 件来解决实时性的问题，但它的软、硬件兼容性并不好，基本不能借用第三方 的软、硬件资源，这也反相地增加了研发的难度和成本。

(3)基于Windows内核的实时化改造方案。在Windows内核中加入实时 补丁，如：RTX等。但这一方案必须向微软公司购买权限，这将使研发成本进 一步加大。而且，改造后实时性的好坏还跟研发人员对内核的理解程度有关， 具有很大的不可靠性。

传统数控系统和基于双CPU解决方案的数控系统的大多数功能(包括译 码、插补、端口控制)采用硬件来实现，目的是硬件在处理速度上存在优势。 但是，这种依靠硬件来提高处理速度的系统却难以满足重构性的要求，对其中 一个或几个功能模块进行修改往往需要重新对整个解决方案进行评估、设计和 测试，而且，硬件的可靠性(受干扰能力)是难以保证的问题，出现问题也难 以进行快速、有效的维护。

一般的全软件数控系统将大多数功能(包括译码、插补、端口控制)采用 软件来实现，目的是利用软件行业先进的成果，提高系统模块可重构的性能， 使系统改造变为只是修改代码，这无疑在提高数控系统的重构性上拥有很大的 优势。但是，这种系统如果是基本Windows操作系统开发的，则存在实时性 差的问题(应用程序不能直接操作硬件，系统提供的定时器不能满足数控要 求)，如果这种系统是基于实时操作系统开发的(wince、RTLinux等)，则存在 开发的系统软件兼容性差(不能利用第三方软件，很多设备的驱动程序需要自 行开发等)。

发明内容：

本发明为了解决现有基于全软件方式构建的数控系统普遍存在的实时性 与可重构性难以兼顾的问题，提供一种基于MFC开发的易伸缩全软件数控系 统。

为了达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于Windows的易伸缩数控系统，该包括应用程序层、中间层以及 底层硬件层；