基于数控流水线技术的开放式数控系统

    【摘 要】传统的开放式数控系统需要依赖特定的软硬件平台，使开放式数控系统的推广应
用存在较大的局限性。为了便于开放式数控系统得到普及应用，基于数控流水线技术应运而
生。数控流水线技术包括了数据主控流水线线程、数控微代码实时执行单元以及驱动程序，
数控流水线技术实现了开放的微代码借口与数控指令的规范化，使数控模块能够相互的替
换，也能够针对不同的需求重新构建数控流水线。

 

　　【关键词】数控流水线技术；开放式；数控系统；数控微代码

 

　　

0.前言 

　　开放式数控系统一般是基于计算机操作系统相关软硬件平台，利用自动化技术实现。目
前，依靠完善的计算机操作系统及其相关软硬件平台，使人机交互、网络通信、存储管理等
一系列功能得到了很好的应用，但却无法实现开放式数控系统较强的实时功能目标，主要
由于计算机操作系统的整体运算性能无法达到该标准，使开放式数控系统的应用存在一定
的问题。虽然利用高性能的

CPU 处理芯片可以满足数控系统较强的实时功能目标，但是成

本的投入与产出效益比值明显不合理，推广应用的可行性不高。因此，利用数控流水线技术，
以较小的成本投入获得开放式数控系统较大的产出，对开放式数控系统的发展有着重要意
义。

 

　　

1.数控流水线技术 

　　

1.1 数控系统的功能 

　　数控系统根据功能的强弱，可以分为强实时类功能，包含了

5 个模块，将其由高到低

排列为指令译码、速度规划、插补、专用

I/O 控制、电机控制；弱实时类功能包括了 6 个模块，

即通用

I/O 模块、状态显示、轨迹仿真、程序编辑、参数管理、键盘输入。 

　　强实时类功能属于数控系统的核心部分，直接关系到数控机床的加工过程，需要较强
的实时性，如果出现了任何的延迟就会导致加工出错，影响产品的质量。弱实时功能基本不
要求数控系统较强的实时性，目前的计算机操作系统均可满足，主要涉及人机交互、通用
I/O 控制以及存储管理等领域，即便执行存在一定的延迟，也不会影响数控机床的加工过程。
 
　　

1.2 数控流水线的结构 

　　数控流水线一般分为三个环节，即数控主控流水线线程、数控微代码执行单元、控制驱
动层。

 

　　

1.2.1 数据主控流水线线程 

　　数据主控流水线线程是计算机数字控制（

Computer Numerical Control）软件上的独立

线程，需要在数控操作系统内的计算机操作系统上运行。数据主控流水线线程将指令译码与
插补功能进行结合，形成一个独立的线程，利用计算机平台高速、准确的运算性能，避免了
任务的经常性切换影响系统整体运行效率，使数控系统工作性能得到显著的提升。

 

　　

1.2.2 数控微代码实时执行单元 

　　数控微代码（

NC Micro-Code，NCM）是数控微代码实时执行单元（NC Micro-Code 

Processor，NCMP）的基本单位，主要工作方向在于代码的执行、强实时信号输入的本地处
理以及电气信号接口。谁然数控微代码实时执行单元在数控流水线中的计算极为简便，但是
其调用频率极高，系统的实时性也非常强，对数控流水线技术应用于开放式数控系统有着