嵌入式数控系统G代码解释器的设计与实现

嵌入式数控系统G代码解释器的设计与实现

Ｉ

Ｔ技术

嵌入式数控系统Ｇ代码解释器的设计与实现

吴运金

（中国船舶重工集团公司第七一。所

摘

湖北宜昌

４４３００３）

要：本文在基于ＡＲⅥ＋ＤｓＰ的一络化嵌入式数控系统的基础上，设计出一种流水线处理方式的Ｇ代码解释方法，以流水线的方式对加工代码进行稿译一解释，减少指令执行的时同，增强了嵌入式处理器的Ｇ代码处理能力。霞Ｇ代码解释器在ＡＤｓｌ．２墙译环境下调试

通过．移植在ｓ３ｃ４４Ｂｏ芯片中，运行效秉良好。关键词：数控秉统代码解释器漉水线中图分类号：ＴＰ２７３．５文献标识码：Ａ

文章编号：１６７４一０９８ｘ（２００８）Ｉｌ（ｂ）一００３７一０２

１引言

嵌入式系统是未来数控及运动控制产品发展的方向，它采用“量体裁衣”方式把所需功能嵌入到应用系统中，可克服基于通用ＰＣ机数控系统结构在体积功耗方面的缺陷，它具有强大的外围资源和通信功能．可运行实时多任务Ｌｍｕｘ或者Ｗｍｄｏｗｓ操作系统，软件开发和移植容易，是当前数控系统精密化，网络化、智能化和集成化的发展方向…。

本文提出的嵌入式数控系统的中央数控单元不是工业计算机或者ＰＣ机系统，而是采用ＡＲＭ＋ＤＳＰ的结构，具有运算能力强、成本低的特点。嵌入式数控系统的其他单元，如伺服控制单元、ＰＬｃ单元、通信单元．显示单元、数据键入单元，也在嵌入式系统的基础上搭建。完整的嵌入式数控系统包括以下模块：人机接口模块、网络接口模块，系统管理模块、仿真显示模块、

Ｇ代码编译模块、插补模块、刀具补偿模

块．伺服控制模块、信号检测和故障诊断

图１

编译扫描流程

万方数据

模块等。

合大量程序加工和复杂的数据处理，但需

在嵌入式数控系统中，Ｇ代码解释模要占用系统较多资源。

块是核心模块。用户输入Ｇ代码后，由代在分析３种Ｇ代码解释嚣的基础上，本码解释器将代码翻译成数控系统能控制各

文提出的一种流水线处理方式的Ｇ代码解个电机的指令，包括Ｇ指令、Ｍ指令、Ｓ指释方法，是以流水线的方式对加工代码进

令和Ｔ指令等。当执行Ｇ指令时，系统调

行编译一解释，减少指令执行的时间，从而

用插补算法模块、补偿模块和位置控制模

增强了嵌入式处理器的处理能力…。这样，

块，直接控制进给电机的运动。Ｇ代码程

代码程序一段段读入，在“前置处理一数

序中的Ｍ指令、ｓ指令和Ｔ指令等属于附据转换一后置处理”过程中，数据缓冲区

加指令，是数控系统实施外部操作的重要内不断得到处理，最后形成插补程序可以功能，如控制主轴电机的起停、冷却液的

识别的数据结构，象一条流水线一样进行开关、夹具的松夹、润滑的工作、防护门

工作。在加工零件时，程序输入、译码、插

的开关等。当Ｇ代码解释器执行到附加指补和位置控制４个过程在处理时间上是重

令时．它把控制代码送到ＰＬｃ，由ＰＬＣ译叠的，同时在译码过程中，各个子过程在处码辨别数控程序的操作要求，通过ＰＬＣ程理时间上也是重叠的。Ｇ代码解释器的工

序控制外部电路执行１２Ｊ。Ｇ代码解释器是作过程分为４个子过程：程序读入、语法检在ＡＲＭ芯片中用软件实现的。

查，解释和刀具补偿。图ｌ给出了编译扫一描过程的流程。

２嵌入式系统Ｇ代码解释器的实现方法

在考虑Ｇ代码程序的大小时，Ｇ代码程Ｇ代码解释器的实现一般有３种方法，

序是动态分配空间的，达是因为各个Ｇ代即解释法、编译法和编译解释法。解释法码程序的代码量差异很大，大程序可能达对零件加工程序逐条进行预解释、插补，

到几兆甚至是几十兆字节的空间，而有些控制，即在插补模块定时中断进行插补的小程序则只有几十个字节而已。如果按固同时解释程序预解释下一条程序，当本条定大小分配内存，为了满足大程序的需要，程序语句插补完成后，再将下条程序语句会浪费大量的空间，并且不能容纳大于所预解释的结果传递给插补模块。这种方法

定空间的程序。对于控制信息，则分配固类似ＢＡＳＩＣ程序的执行，各模块间的控制

定的宅间．其原因在于，控制结构一般不会是顺序的，加工效率低，易形成停顿与过出现在机器生成的程序中，而手工写的程切。编译法预先对需要加工的零件程序全序一般不会很大，其中的控制语句就不会部编译后，将结果放入缓冲区中，当开始加太多；为它分配固定大小的空间，可以方便

工时，直接启动插补中断程序，从缓冲区中程序处理，减少内存中的碎片，加快程序执

取出编译好的零件程序进行计算并控制程

行速度。为了克服传统数控系统程序组织

序加工。这种方法加工速度快，但需要较

方式的缺陷，采用了以下结构：每个文件可大的内存，类似Ｃ语言程序的执行。编译以包含多个程序，每个程序由多个程序块解释法在文献１３１中提出，它并不像一般的组成，程序在缓冲区中随机存放。程序被编译系统那样直接生成可执行的二进制目

执行前．只需要将部分需要解释的代码下

标代码，而是产生了一种中间代码之后再

载到内存缓冲区中，因为对嵌入式数控系

由解释程序解释执行。编译程序第一次扫统而言，其存储空间有限，不允许全文下

描加工代码时，主要进行格式、词法和语载，所以这里采用的策略是边传送边加工。

法分析，不处理相关的数据结构。如果加在嵌入式数控系统中，ＡＲＭ中移植了工程序没有词法和语法上的错误，则进行

Ｕ—ｃｏｓｌｌ实时多任务操作系统，在设计Ｇ代

第二次扫描，即进行译码和数据处理。编

码结实程序时，将上面４个过程定义成４个译解释法充分考虑了系统资源的配置，适

任务，各任务之间通过邮箱进行消息传递，

科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ

ａｎｄ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａＩｄ

３７

嵌入式数控系统G代码解释器的设计与实现

ｌ

Ｔ技术

一旦ＣＰＵ有空隙时间，译码任务即被激

活，依据不同的状态向各个任务发送消息，

ＩＮＴ８Ｕ

ｓｔｒｕｃｔ

ｃｈ—ｎｏ＃／／通道号

ｔａｓｋ－ｃｔｒｌ—ｄａｔａｌ／／解释任务控制

５结语

本文在基于ＡＲＭ＋ＤＳＰ的网络化嵌入

执行对缓冲区的处理。当Ｇ代码解释器工作时，解释任务运行，根据实际情况分配数据缓冲区存放编译的中间结果。在译码任务启动的日’ｆ候开辟译码缓冲区，在任务结束时释放，在整个泽码缓冲区生命期间，数据不断的写入、修改、读出和清除。缓冲区是预先分配的，无须动态分配。在本系统中，设置了６个缓冲区形成链表结构，如图２所示。在每个缓冲区设置一个标志位ＢｕｆＦｌａｇ，当ＢｕｆＦＩａｇ为０时表示缓冲区为空Ｉ当ＢｕｆＦｌａｇ为１时表示缓冲区Ｉ｛ｌ的数据需要进行一些数据处理，如刀具补偿、速度计算等ｌ当ＢｕｆＦｌａｇ为２时，表示缓冲区中的内容已完成数据处理，可以传递给插补程序ｊ空制电机的运动。

缓冲区

ｓｔｒｕｃｔ

式数控系统的基础上．设计出一种流水线

ｎｏｎ—ｍｏｄ‘／／非模态指令状态及

处理方式的Ｇ代码解释方法。该设计方法能减少指令执行的时间，增强 …… 此处隐藏：2634字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……