RTAI在开放式数控系统运动控制器中的应用

　　2.2 软件结构设计

　　在实时Linux下，为了保证数控系统的实时任务能够即时响应。所有和实时相关的任务都必须放在内核层下，每个任务用一个独立的内核进程来执行，实时进程是通过调用RTAI的rt—task—init()函数来实现的。而非实时任务则放在用户层下，它们在任何时候都不会打断实时任务的运行，只有在实时任务结束后才会执行。

　　嵌入式数控的基本功能由各种功能模块共同来实现的。在以linux为操作系统的开放式平台上集成RTAI的实时内核。通过模块化的设计思想，可以将整个控制系统按照实时性的要求分为用户层模块，内核层实时模块两个大的模块，同时在两个大的模块下又根据不同的子功能分为代码解释模块，人机交互及刀具仿真图形模块，文件管理模块，位置控制模块，插补运算模块，状态监测模块等，如图4所示。

图4系统软件结构图 

　　内核层和用户层之间进程的通讯主要是依靠RTAI提供的实时nFo，通过调用函数rlf_create()来创建管道实现数据传输。FIFO的通信是单向的，因此用户层和内核层的信息交互必须至少创建两条管道才能实现。

3 实时控制的软件实现

　　根据对开放式运动控制器的运行机制分析，将各实时任务模块分别设置相应的定时器工作方式。优先级及通信队列等。

　　实时功能模块实现方式如下：位置控制任务moor()决定电机控制精度。计算下一周期的实际坐标增量，输出到伺服单元驱动步进电机工作。因此将其设计成周期性RTAI线程．运行周期为4ms，1级优先权。

　　功能控制任务control()是利用fifo从用户层向内核层传递控制命令，并实现对I／O口的控制。此任务采用实时中断策略，在接受到控制命令，内核挂起位置控制任务。

　　状态检测任务monitor()要对状态进行实时监控。因此设置此任务运行周期为lOms．优先级为3级。运动控制器软件的所有实时任务和函数包含在实时模块main—program．o中。通过编{t}／etc／rc．sysinit文件，在系统启动时加载到Linux内核中。当实时模块加入到内核中。实时模块中创建的线程和函数就可以访问系统的底层资源。

　　实时任务模块的加载和卸载在Linux中由initmodule()和cleanup—module()两个函数实现的，同时可以通过这两个函数进行资源的分配和回收，以及线程和处理函数的创建。

4 结束语

　　本文在深入研究Linux实时操作系统的基础上。将Linux操作系统移植到数控机床上具有实用价值的嵌人式微处理器MPC5200上，证明了数控嵌人式系统完全可以实现一定程度的开放性，且移植Linux也是开发嵌人式数控运动控制器操作平台一种比较好的方案。具有明显的先进性和实用性。

　　通过一系列的实验分析和应用研究，现已成功将MPC5200运动控制器应用于自主开发的一种基于CAN总线的嵌入式线束机控制系统，该系列机床已经通过项目成果鉴定，目前正在进行产业化推广工作。在此也希望本文能为开发和推广我国具有自主知识产权的嵌人式Linux运动控制系统提供一定的借鉴和帮助。