数控软件系统的升级及实时控制性能的测试

0 引言

　　华南数控使用的嵌入式操作系统是基于2.4版本内核的Linux操作系统，以RTLinux作为实时微内核，在此基础上运行数控软件。此系统在实时性、稳定性测试中获得了不错的性能。随着Linux的不断发展，2.6版本的内核获得了更加稳定的性能，且对硬件支持更加广泛，更重要的是，内核主体中加入了提高中断性能和调度响虑时间的改进，其中最硅麓的改进为采用可抢占内核和更加有效的调度算法。但是高版本的RTLinux不再开源，之前的RTLinux也没有提供对2.6版本的内核的完好的支持，所以升级Linux内核、更换觚Al实时微内核、同时对数控软件的源代码做一些必要的调整，足升级数控系统所必需的、关键的环节。此项目包括两个主要环节：嵌入式系统的升级以及数控软件的调整。

1 数控系统的结构

　　华南数控的软件系统是一个以实时微内核为底层，操作系统以及数控软件层层铺垫起来的多层次结构。实时微内核在整个嵌入式系统的最底层，与硬件及Linux内核通讯，负责截取及分析中断。LinIlx内核位于实时微内核的上层，其上运行着Linux操作系统本身所需要的程序，提供系统运行的基本功能。严格地说，数控软件中除，一个负责运动控制的内核模块处于与内核同一个层次，其他的部分均属于上层。软件系统的层次结构图如图1所示。

图1 数控软件系统的层次结构

2 嵌入式操作系统的升级

　　操作系统层面上的更改较少，主要包括为内核打实时补丁、根据嵌入式系统的特点编译内核、安装RTAl实时微内核、升级系统库文件、调整嵌入式系统的启动脚本等。

　　2.1 编译内核

　　把刚下载的“洁净”的内核打上RTAI补丁，按照硬件的要求以及实施性的要求配置内核选项。例如，USB、FrameBuffer、ext2／ext3，vfat文件系统、是否需要模块版本支持、是否是多CPU，本地语言支持等。这里需要注意的是，为了获得更好的实时性能，APM BIOS Support支持需要关掉。配置完成之后执行编译安装生成内核与内核模块，用新编译的内核替换原有内核，再将启动时需要加载的内核模块放置到镜像文件illi仃d．img中的合适的位置。

　　2.2 编译安装RTAI实时微内核

　　RTAI的编译安装和Linux内核的编译类似，也需要经过配置、编泽、安装3步。由于RTAI的共享内存和实时FIFO需要一些特殊的字符设备，因此在安装了RTAI之后还需要自己动手写一个shell脚本程序，当程序中要用到共享内存和实时FIFO的时候就是用此脚本在／dev目录下创建相应的字符设备。

　　2.3 升级系统库文件

　　由于数控软件在编译时，大部分应用程序对库文件的操作是采用动态链接的，因此在运行时仍然需要这些库文件的支持，否则在运行时会提示找不到某些共享目标文件的错误。要升级的库文件主要有：标准C++的共享库文件(1ibstdc抖．so．6)，GCC的共享库文件(1ibgcc s．so．1)，数学库库文件(1ibm．so．6)，c库的库文件(1ibc舯．6)，ld．1inIlx．so．2，图形界面正常运行所需要的libdl．so．2，以及线程库libpthread．so．0。以一卜提到的大部分是一些共享库文件的符号链接，在升级的时候需要将原文件替换之后再创建同名的符号链接。

　　2.4 启动脚本的修改

　　2.6版本的Linux内核相对于2.4的做了一些调整和修改，例如内核模块、文件系统等，系统启动时可能要加载某些内核模块或者某些文件系统，例如2.6的内核新增了对usb2．O的支持，增加了一些有关于USB的模块，文件系统方面用tmpfs替换了shmfs等，这就要根据实际情况修改启动脚本。