在數(shù)控機床系統(tǒng)中,功能模塊可分為兩大部分:一部分是實時性要求不高的功能,例如人機界面交互管理等;另一部分是實時性要求高的功能,主要有伺服控制、插補計算等。根據(jù)這一特點,該系統(tǒng)采用兩級控制結(jié)構(gòu),利用IPC豐富的軟件資源,提供圖形化的人機交互環(huán)境;利用嵌入式執(zhí)行控制器的高實時性和穩(wěn)定性,實現(xiàn)快速、可靠的控制,充分發(fā)揮了二者的優(yōu)點。兩級之間用串行口進(jìn)行實時通信。本文主要介紹嵌入式執(zhí)行控制器的實現(xiàn)。
1 數(shù)控機床系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)控機床系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示,IPC作為上位機,安裝有專用軟件,實現(xiàn)人機交互;C8051020芯片及其外圍電路構(gòu)成的嵌入式執(zhí)行控制器作為下位機,負(fù)責(zé)實時、可靠的控制。執(zhí)行控制器通過串行口接收上位機的命令信息(包括:插補命令、開關(guān)量控制命令),再將這些信息轉(zhuǎn)換成控制信號輸送給相應(yīng)的執(zhí)行部件。例如,將插補命令轉(zhuǎn)換成一連串的插補信號,輸送給電機控制部件;將開關(guān)量控制命令轉(zhuǎn)換成輸出信號,通過I/O驅(qū)動隔離接口板輸送給相應(yīng)的開關(guān)控制器。執(zhí)行控制器同時還有2個檢測任務(wù):一個是刀具是否運動到各軸限位點的檢測,另一個是間隙電壓的檢測。這兩個信息將為運動時的自動調(diào)節(jié)控制提供依據(jù)。執(zhí)行控制器還負(fù)責(zé)將運行中的狀態(tài)信息組裝成幀,實時地傳送給上位機。
2 μC/OS-Ⅱ在C8051F020上的移植
要使用μC/OS-Ⅱ,首先就必須把這個內(nèi)核成功地移植到C805lF020上。μC/OS-Ⅱ的移植主要是對OS_CPU.H,OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_ C.C三個文件進(jìn)行修改,下面就具體的修改內(nèi)容做介紹。
2.1 OS_CPU.H文件的修改、
OS_CPU.H包括了用#define定義的與處理器相關(guān)的常量、宏和類型定義。其中,需要修改的部分如下:
2.2 OS_CPU_A.ASM文件的修改
該文件包含4個匯編語言函數(shù)。
(1)OSStartHighRdy()函數(shù)在多任務(wù)系統(tǒng)啟動函數(shù)OSStart()中調(diào)用。作用是設(shè)置系統(tǒng)運行標(biāo)志位OSRunning=TRUE;將就緒表中最高優(yōu)先級任務(wù)的棧指針Load到SP中,并強制中斷返回。
(2)OSCtxSw()函數(shù)是在任務(wù)級切換函數(shù)中調(diào)用的。作用是保存當(dāng)前任務(wù)的環(huán)境變量,將當(dāng)前SP存入任務(wù)TCB中,載入就緒最高優(yōu)先級任務(wù)的SP,恢復(fù)就緒最高優(yōu)先級任務(wù)的環(huán)境變量,中斷返回。這樣就完成了任務(wù)級的切換。
(3)OSIntCtxSw()在退出中斷服務(wù)函數(shù)OSIntExit()中調(diào)用。作用是實現(xiàn)中斷級任務(wù)切換。
(4)OSTicklSR()系統(tǒng)時鐘節(jié)拍中斷服務(wù)函數(shù),其周期的大小決定了內(nèi)核所能給應(yīng)用系統(tǒng)提供的最小時間間隔服務(wù)。該中斷由C8051F020的TO定時器完成,設(shè)置定時時間為20 ms。修改代碼如下: