[发明专利]一种基于四核处理器的数控系统体系结构以及构建方法

权利要求书

1.一种基于四核处理器的数控系统体系结构，其特征在于，包括：

硬件层，所采用的处理器四个核分别为CPU核#0、#1、#2、#3，CPU核#2、#3与CPU核#0、#1隔离，CPU核#2、#3用于执行实时任务；

内核空间层，包括原生网卡驱动模块，用于和外围伺服驱动、I/O交互数据，网卡驱动模块的中断与隔离的CPU核#3绑定；

用户空间层，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；其中人机界面组件和任务控制组件是用户态非实时组件，与CPU核#1绑定；PLC组件、运动控制组件以及实时以太网总线组件为用户态实时组件，PLC组件与隔离的CPU核#2绑定，运动控制组件和实时以太网组件与隔离的CPU核#3绑定。

2.一种基于四核处理器的数控系统体系结构构建方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求2所述的一种基于四核处理器的数控系统体系结构构建方法，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。

4.根据权利要求2所述的一种基于四核处理器的数控系统体系结构构建方法，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。

5.根据权利要求3所述的一种基于四核处理器的数控系统体系结构构建方法，其特征在于，所述建立统一的用户态组件通信模型，包括以下步骤：

分别建立用于采用消息进行组件之间数据交换的命令通道、用于通过写通信通道进行数据传递的状态通道。

分别建立命令缓冲区和消息缓冲区；消息缓冲区用于缓存消息，消息缓冲区位于消息通道之后，其中与命令通道相连的是命令缓冲区，与状态通道相连的是状态缓冲区。