基于RT-Linux的开放式数控系统软件平台的研究

1 引言

　　90年代以来，数控技术发展的一个重要趋势是数控系统的开放化。目前，关于开放式控制系统的研究方兴米艾，全国都在抓紧进行开放式数控系统平台标准和规范的研究制定以及相关产品的开发。开放式数控系统允许用户根据需要自由选择和配置标准的硬件和软件模块，实现系统积本式”的集成，或者在开放平台基础上开发特定的功能模块，形成适合需要的专用系统。开放式数控系统具有如卜的基本特征:

　　互操作性:提供标准的数据格式、通信及交互机制;

　　可移植性:系统可运行不同的软硬件平台之上;

　　可扩充性:允许用户对系统进行扩展或裁减;

　　互换性:系统的各功能模块可以根据需要进行替换。

　　开放式数控系统要求不依赖于特定的软硬件平台，因此选择通用的开放系统平台是实现数控系统开放化的重要前提。工业PC以其成热的技术和稳定的性能已经在控制领域得到了泛应用，PC机开放的体系结构也为数控系统提供了一个很好的开放的硬件平台，在工业PC的基础上进行数控系统的开发已经成为大家的共识，但是在PC平台上，数控系统的多任务特性和实时性要求却限制了通用操作系统如DOS,  Windows等在数控系统中的应用，而在专用实时操作系统上，虽然开发数控系统比较方便，但价格昂贵，并且不利于实现数控系统的开放化。近年来，随着Linux操作系统的迅猛发展，它的诸多优秀的特性得到体现，这促使了RT-Linux   Real Time-Linux)的出现，这样数控系统就可以建立在实时Linux基础之上并且保留Linux绝大部分好的特点，稳定性相当好，这给现代数控机床的网络化、开放化提供了条件。

2 国内外系统的研究现状与趋势

　　近几年I日_界发达国家纷纷采取措施，进行开放式数控(ONC:  Open Numerical Control)系统的开发和研究，世界上的许多控制器生产商也纷纷推出自己的开放式控制系统，如Hewlett-Packard的OAC500以及Delat Tau公司的PMAC-NC等等。目前世界上具有权威性开放式结构控制器的标准规范卞要有三种:

　　(1)OMAC(Open  Modular  Architecture  Controller):由美国克莱斯勒、招特和通用三大汽车公司在NGC (NextGeneration Controller，1989年)的基础上联合提出的。由于OMAC的成员是控制器的用户而不是开发商，从而也就决定了它产品化、实用化步伐不可能很快。事实上美国工业界认为OMAC是一种设计理念，而不是一种控制器的具体标准，其宗旨是“Buy Anywhere,  Use Anywhere”。应用OMAC所定义的标准API可以实现节“plug & play”的功能，只须设计其具体的实现方法即可。从OMAC提出的整体式结构分析可知，虽然其灵话性较高，可是由于其过分注重功能的分类而非资源的整合，导致其系统独立性卜降，而且维护较困难。

　　(2)OSEC   (Open System Environment for Controller):由日本东芝机器公司、丰田机器厂和Mazak公司三家机床制造商和IBM、三菱电子及SML信息系统公司于1994年共同提出的。其目的是开发基于PC机平台的、具有高性能价格比的开放式体系结构的新一代数控系统，以适应迅速变化的市场需求。在硬件方面，OSEC采用PC+控制卡的结构，有利于层次化、模块化、灵话配置的实现，可以充分利用现有PC机资源，从而有力地缩短产品的研发周期，具有较强的可操作性。可以说，OSEC采用的是一种较现实和折中的方式，所以它的系统结构只是局限于数控系统的直接描述，适应性不够强。

　　(3)OSACA(Open System Architecture for Conhol withinAutomation):由欧盟于1992年提出的。OSACA的目标之一，是使自己成为自动化领域的通用国际标准，故开始它就将研究范围涵盖了整个自动化领域。OSACA借鉴ISO的OSI参考模型，通过对控制系统的详细分析，提出分层平台+结构功能单元的架构。该标准有利于实现计算机硬件的独立性和与操作系统的无关性，可是对于数控中大量存在的机电设备的独立性的解决并不彻底。同时，该计划由于过于庞大，对于参与者要求过高，一直发展较慢。上述三种标准规范至今还未有完全成热的产品推向市场，而标准本身还在不断的改进与完善之中，且三者之间也相互借鉴。

　　相对于酉方国家的企业来说，我国企业关于数控方面的研究起步较晚，尽答目前国内已拥有开放性控制系统华中I型、中华I型、航人I型和流人I型，但大多是建立在DOS操作系统平台上或Windows操作平台，以及其他一些自行开发的专用实时操作系统之上，从数控系统发展的趋势来看，它们还不具备开放式数控系统的本质特征。各系统所采用的体系结构并不一致，仍是自成体系，相互之间缺乏兼容性和互换性，各系统软硬件不具备可移植性和互操作性。