[发明专利]一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法

权利要求书

1.一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据开放式数控系统对底层实时操作系统的接口依赖关系，构建基于国产CPU的开源实时操作系统；

2)以开放式数控系统为参考，针对开源操作系统结构，建立数控系统体系结构；

3)分析总线数据包在数控系统中的传输路径，确立数据包在传输路径上的捕获点；对总线数据包进行捕获与处理，以实现实时以太网现场总线的网络实时性进行优化；

所述建立数控系统体系结构，包括以下步骤：

A.将处理器的四个核分别命名为CPU核#0、#1、#2和#3，将CPU核#2和#3隔离出来，预留给用户态实时组件；

B.设计原生网卡驱动程序，将实时以太网总线数据包重定向到用户空间的用户态实时组件中，将原生网卡驱动的中断绑定在CPU核#3上；

C.根据用户态组件模型，构建数控系统用户态功能组件包括：人机界面组件、任务控制组件、PLC组件、运动控制组件、实时以太网总线组件，将人机界面组件和任务控制组件设计为非实时用户态组件，将PLC组件、运动控制组件以及实时以太网驱动组件设计为用户态实时组件；

D.根据用户态组件通信模型，将数控系统用户态功能组件组织为树状结构，其结构为：最顶端root节点为人机界面组件，其叶子节点为任务控制组件，任务控制组件的两个叶子节点分别为PLC组件和运动控制组件，运动控制组件的叶子节点为实时以太网总线组件；

E.将人机界面组件和任务控制组件绑定在CPU核#1上，将PLC组件绑定在CPU核#2上，将运动控制组件与实时以太网总线组件绑定在CPU核#3上。

2.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下步骤：

a.根据国产CPU与开源操作系统接口之间的关系，建立国产CPU与开源实时操作系统接口之间的适配接口；

b.明确开放式数控系统对底层实时操作系统的接口依赖关系，构建基于国产CPU的开源实时操作系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法，其特征在于，所述国产CPU采用龙芯3A四核处理器全系列，包括：龙芯3A1000、龙芯3A2000、龙芯3A3000、龙芯3A4000以及后续的龙芯3A四核系列；

建立国产CPU的开源实时操作系统，开源实时操作系统采用Linux+RT Preempt实时抢占补丁方案。

4.根据权利要求1所述的一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法，其特征在于，建立用户态组件之间的通信，包括以下步骤：

a.构建人机界面组件与任务控制组件之间的通信：人机界面组件将采用NC语音编写的零件加工程序，通过NML通信中的命令消息通道传递给任务控制组件；任务控制组件将实际的加工状态信息通过NML通信中的状态消息通道传递给人机界面组件；

b.构建任务控制组件与PLC组件之间的通信：任务控制组件将零件加工程序解析出来的加工操作对应的I/O控制指令，通过NML通信中的命令消息通道传递给PLC组件；与此同时，PLC组件将实际的I/O状态信息通过NML通信中的状态消息通道传递给任务控制组件；

c.构建任务控制组件与运动控制组件之间的通信：任务控制组件将零件加工程序解析出来的加工操作对应的运动控制指令，此外还有对于运动属性的设置命令，通过NML通信中的命令消息通道传递给运动控制组件；与此同时，运动控制组件将实际的加工状态信息通过NML通信中的状态消息通道传递给任务控制组件；

d.构建运动控制组件与实时以太网总线组件之间的通信：运动控制组件将加工操作经插补运算得到的轴控制指令，通过共享内存的命令消息通道传递给实时以太网总线组件；与此同时，实时以太网总线组件将实际的轴状态信息通过共享内存中的状态消息通道传递给运动控制组件。

5.根据权利要求4所述的一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法，其特征在于，所述用户态组件模型的构建，包括以下步骤：

a.分别建立输入参数通道、输出参数通道；

b.分别建立读通信通道、写通信通道；

c.根据任务设计功能块；

d.根据任务的实时性需求，构建用户态实时线程或非实时线程。