基于Windows CE的激光切割機(jī)開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究
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Windows CE是微軟公司開發(fā)的一個(gè)開放、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)。與Windows 95 /98、WindowsNT不同的是，Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)、其操作界面雖來源于Windows 95 /98，但Windows CE是基于Win32 AP I重新開發(fā)的、新型的信息設(shè)備平臺(tái)。Windows CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無關(guān)等特點(diǎn)[ 1 ] 。微軟在2002 年推出了新一代Windows CE. NET后，其性能有了更進(jìn)一步的提高，支持藍(lán)牙技術(shù)、支持TCP / IPv6，并在實(shí)時(shí)多任務(wù)控制領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用[ 2 ]。相對(duì)于DOS，Windows CE. NET是運(yùn)行于保護(hù)模式的多線程32位操作系統(tǒng)，特別適合數(shù)控系統(tǒng)的多任務(wù)并行機(jī)制，而它的內(nèi)存保護(hù)功能對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義： 相對(duì)Windows桌面操作系統(tǒng)，Windows CE. NET是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其獨(dú)特體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制使其能夠快速響應(yīng)外部中斷觸發(fā)，并調(diào)度相關(guān)應(yīng)用程序進(jìn)行處理[ 3 ] ，因此它可以滿足數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。Win2dows CE. NET是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它提供了實(shí)時(shí)開發(fā)所需的重要技術(shù)，其中包括:
(1) 256級(jí)線程優(yōu)先權(quán)為在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)控制
線程時(shí)序提供更大的靈活性。
(2)中斷嵌套允許更高優(yōu)先級(jí)的中斷立刻被執(zhí)行而不必等到較低優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢。內(nèi)核能嵌套CPU所支持的全部數(shù)量的中斷服務(wù)程序。
(3)每一線程的時(shí)間片允許應(yīng)用程序在多線程原則上設(shè)置時(shí)間片，這就意味著能夠使調(diào)度程序適應(yīng)應(yīng)用程序的當(dāng)前要求。
(4)優(yōu)先權(quán)倒置是指當(dāng)兩個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)資源時(shí)，資源被低優(yōu)先級(jí)的線程占用而拖延了高優(yōu)先級(jí)線程的執(zhí)行的情形。為了糾正這種情形并釋放高優(yōu)先級(jí)的線程，Windows CE允許低優(yōu)先級(jí)線程繼承更加緊急的線程優(yōu)先級(jí)并且以更高的優(yōu)先級(jí)來運(yùn)行直到它釋放它所占用的資源。
1.Windows CE系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的定制
為了使用戶可以方便的將Windows CE轉(zhuǎn)向一個(gè)新的硬件平臺(tái)，微軟提供了完整的開發(fā)工具p latformbuilder 4. 2，它包括了一些必需的工具，以便開發(fā)人員可以為組件化的操作系統(tǒng)版本創(chuàng)建特定平臺(tái)的軟件開發(fā)包( SDK) 。平臺(tái)向?qū)? Platform Wizard)允許開發(fā)人員根據(jù)將要?jiǎng)?chuàng)建設(shè)備的類型簡(jiǎn)便快捷地建立新的平臺(tái)，參見圖1。
圖1Windows CE系統(tǒng)平臺(tái)定制示意圖
定制平臺(tái)時(shí)，用戶可以開發(fā)自己的OEM硬件適配層(OAL) ，OAL是處于Windows CE系統(tǒng)內(nèi)核與目標(biāo)設(shè)備硬件之間，用來抽象硬件功能的連接層，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的可移植性。OEM硬件適配層分為OEM抽象層和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序兩部分。
硬件開發(fā)平臺(tái)是用于模擬嵌入式系統(tǒng)設(shè)備的目標(biāo)設(shè)備，可用于開發(fā)、調(diào)試和驗(yàn)證定制平臺(tái)的性能。Plat2form Builder支持基于PC機(jī)的硬件開發(fā)平臺(tái)(CEPC) ，CEPC是最靈活的Windows CE設(shè)備，很適用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試階段。
2.開放式激光切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
2.1數(shù)控激光切割機(jī)的組成
圖2 激光加工系統(tǒng)示意圖
2.2基于工業(yè)PC機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)的分析與構(gòu)造
隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)PC機(jī)和模塊化的集成電路逐漸進(jìn)入數(shù)控領(lǐng)域， PC機(jī)以其特有的開放性成為開放式數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它豐富了數(shù)控系統(tǒng)的硬、軟件資源，有利于實(shí)現(xiàn)總線式、模塊化、開放化的數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用流行的操作系統(tǒng)平臺(tái)作支撐，采用標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，具有較好的互操作性、移植性、互換性和伸縮性，展現(xiàn)了良好的開放性能，同時(shí)又具有方便、靈活的特點(diǎn)。同時(shí)充分利用Windows CE強(qiáng)大的圖形界面功能、多線程機(jī)制和多媒體定時(shí)器來解決數(shù)控軟件的實(shí)時(shí)多任務(wù)處理能力，其良好的軟硬件兼容能力能夠?qū)崿F(xiàn)建立在標(biāo)準(zhǔn)總線基礎(chǔ)上的模塊化開放式數(shù)控系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)可采用分層的體系結(jié)構(gòu)，如圖3所示。各層之間實(shí)現(xiàn)隔離，層與層之間通過標(biāo)準(zhǔn)的接口進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)了開放式控制系統(tǒng)應(yīng)有的分層體系結(jié)構(gòu)，使數(shù)控軟件易于組裝、擴(kuò)充和維護(hù)。第一層為管理層。它是系統(tǒng)的界面部分，可完成系統(tǒng)的管理、顯示、診斷和監(jiān)控。通過響應(yīng)狀態(tài)選擇控件產(chǎn)生的不同消息來進(jìn)行不同界面之間的切換，其調(diào)用操作由操作系統(tǒng)管理完成。
評(píng)論