基于ARM开放式数控系统研究

3 基干ARM的数控系统的应用软件设计

　　3.1 图形用户界面模块设计

　　图形用户界面(GUI)是用户和数控机床进行交互的媒介，因此一个好的数控系统必须提供良好的人性化的图形用户界面，MINIGUI是为了满足一个工业控制系统的需求而设计和开发的。在设计之初就考虑到了小巧、高性能和高效率口因此，MINIGUI是一个非常适合于工业控制实时系统以及嵌入式系统的可定制的、小巧的图形用户界面支持系统口本文在设计基干ARM动开放式数控系统时采用MINIGUI开发系统的人机交互界面。

　　3.2 基干MINIGUI的数控系统GUI设计

　　3.2.1创建窗口

　　MiniGUI窗口的建立过程与Windaw程序基本类似，不过也有一些差别。在Windows程序中，在建立一个主窗口之前，程序首先要注册一个窗口类，然后创建一个属于该窗口类的主窗口。MiniGUI却口没有在主窗口中使用窗口类的概念。在MiniGUI程序中，调用CreaCeMainWindow 0函数建立主窗口，建立主窗口之后，程序将进入消息循环。

　　3.2.2 创建控件

　　MiniGUI提供了常用的预定义控件类，包括按钮、静态框、列表框、进度条、滑块、编辑框等。也可以定制自已的控件类，注册后再创建对应的实例。控件的创建有两种方式:一种是在对话框模板中指定控件，这样，当应用程序启动该对话框时，系统自动创建指定控件:另一种方式是调用Crea Lewindow 0函数来创建控件，通过指定要生成的控件的窗口类型来生成所需控件。

　　3.2.3 创建对话框

　　在MiniGUI中，对话框是一类特殊的主窗口，这种窗口一般只关注与用户的交互。对话框可以分为模态对话框和非模态对话框，模态对话框显示之后，用户就不能再切换到其他主窗口进行工作，而非模态对话框就没有这样的限制。

　　3.3 插补模块设计

　　插补是整个数控系统软件的核心任务。插补是指根据给定的数学函数，如线性、二次或高次函数，在理想轨迹或轮廓上的己知点之间确定一些中间点的方法。

　　对于数控系统而言，插补概念“确定中间点”的体现就是用简单几何段对工件轮廓进行逼近。被加工工件的轮廓形状千差万别，各式各样，而由于机床结构和伺服装置特性的限制，只能控制刀具走简单线段，所以必须用多个简单线段去逼近工件的实际轮廓口数控系统中的插补，就是根据输入的有限坐标点，运用一定的算法，在有限坐标点之间生成一系列的插补点，使得插补点之间为可以控制实现的简单线段口这样，数控系统通过控制实现一系列简单线段的进给，完成对于工件轮廓的逼近。显然，“逼近”的程度是由甸个进给段的长度决定的，进给段的长度越小，逼近程度越高，加工误差就越小。

　　3.4 实时软件部分设计

　　uClinux是为嵌入式应用设计的，它本身并没有更多地关注实时问题。uClinux经过小型化改造，形成了一个高度优化、代码紧凑的嵌入式Linux,并保留了Linux大多数的优点。它专门针对无MMU的CPU，去除了普通Linux内核中的虚拟内存管理部分。考虑到开放式数控系统的实时性要求，在系统设计时将RTA环uClinux相目结合，采用双内核的设计方案，既满足了嵌入式应用的需求，又保证了系统的硬实时性。

　　系统的实现基础是硬件抽象层，通过硬件抽象层进行硬件管理，把基本内核和实时内核结合在一起，其中一个内核的改变，不会影响另一个内核的执行口基本内核和实时内核(RTAI)分别处理非实时和实时任务的调度和执行，而实时任务和非实时任务之间信息的交换要通过管道(FIFO)或共享内存(MBUFF)来实现口

　　3.5 故障诊断模块设计

　　数控设备的结构复杂，所以一旦发生故障，原因很难确定，结果难以及时排除故障，往往造成严重的经济损失。为了尽量减少故障发生，通常在钻铣加工前，要对机床及其附属设备的性能进行检测口在系统软件的设计中，设计了一个辅助管理菜单，里面包含了机器自检、断电保护、机器部件测试、主轴转速自检等功能。这些功能有效的保障了系统的正常运行，提高了系统的工作效率，节约了加工成本口

　　3.6 网络模块设计

　　本系统凭借uClinux的网络功能支持，可以实现数控系统的网络功能。整个系统包括三个层次:①车间内设备的集成、②制造企业内计算机通讯和资源的共享、③基于WWW的企业乃至全球范围内的信息集成与共享。车间内网络数控系统用网线和集线器连接，它们之间关系平等，可以共享多种信息和各种软、硬件资源，通过车间服务器有效地调动它们，使制造过程最优化。企业通过专门的服务器在Internet上发布相关的网页，给远程用户提供CAD/CAPP等技术支持，也可以对远程伙伴的网络数控系统分配任务，在网上动态地进行加工任务的协调。

4 结束语

　　本文采用LPC2210和SMS5004构造的开放式数控系统，建立了一种新型的模块化、可靠性高、成本低、便携的数控系统;采用了开放源码的uClinux操作系统，其开发资源丰富，为后继的系统功能扩展奠定了较好的基础。本系统的研究成果和方法能成功的推广应用到其他数控领域，具有很好的应用前景和杜会经济价值。