[发明专利]一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法

说明书

本发明公开了一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法，本发明涉及数控技术领域，尤其涉及基于国产CPU的数控系统技术领域，具体涉及一种基于国产CPU的自主可控数控系统方法。本发明首先，构建基于国产CPU的开源实时操作系统；然后，采用数控系统体系结构的优化设计方法，建立全新的数控系统体系结构模型；最后，设计实时以太网现场总线的网络实时性优化设计方法。本发明降低了研发成本、加快了研发周期。现有数控系统的底层操作系统采用国外定制化的昂贵的商用实时操作系统；核心控制芯片也采用国外的处理器，架构封闭且需要授权。本发明中数控系统采用自主可控的国产处理器芯片和开源操作系统，也可以有效降低研发成本、加快研发周期。

技术领域

本发明涉及数控技术领域，尤其涉及基于国产CPU的数控系统技术领域，具体涉及一种基于国产CPU的自主可控数控系统方法。

背景技术

高档数控系统属于高端嵌入式产品，是国家工业和国防基础性装备，其中CPU芯片、工业主板、操作系统等核心部件构成了高档数控系统的基础平台，是决定高档数控系统性能、功能、可靠性与成本的重要部件。国产高档数控系统的底层操作系统采用国外定制化的昂贵的商用实时操作系统，系统功能固化，无法针对多核处理器进行优化设计；核心控制芯片也采用国外的处理器，架构封闭且需要授权。

目前国产CPU在中低端数控系统中有一些应用，尚未应用在高档数控系统中。因此，如何针对高档数控系统的核心芯片，采用国产多核CPU及开源操作系统建立基于国产多核CPU的开源实时操作系统，并针对国产多核CPU架构对数控系统软件以及实时以太网现场总线进行优化设计，是实现国产CPU在高档数控系统中应用的关键。

发明内容

为解决上述技术难题，本发明提供一种基于国产CPU的自主可控数控系统设计方法。

一种基于国产CPU的自主可控数控系统构建方法，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。

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。

所述的建立国产CPU的开源实时系统，其特征在于开源实时操作系统采用Linux+RT Preempt实时抢占补丁方案。

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；