第43卷第5期机械工程学报Vol.43No.52007年5月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMay2007嵌入式网络数控技术与系统*周祖德龙毅宏刘泉（武汉理工大学湖北省数字制造重点实验室武汉430070）摘要：指出基于通用PC的数控技术存在系统资源与需求不匹配、操作系统不适应于实时控制、系统的核心硬软件不具有白主知识产权等问题.认为嵌入式技术是网络数控技术与系统未来发展的方向之一。提出一种基丁•嵌入式技术的网络数控系统硬件和软件体系，开发与仿真环境。硬件结构由显示及输入装置、嵌入式数控单元、嵌入式可编程序逻辑控制器、嵌入式伺服控制模块、髙速现场总线和以太网共同组成，软件体系结构由控制与运算软件、组态软件模块、嵌入式操作系统、辅助设计系统和控制仿真系统组成，能够实现茶丁•通用PC数控系统的所有功能。规划了嵌入式网络数控软件白动生成与辅助开发过程，以及嵌入式可编程序逻辑控制器辅助开发与软件生成过程。提出嵌入式新型网络数控系统中央数控单元锁件实现方案.搭建起中央数控单元先进精简指令集处理器和数字信号处理器的软件架构。基于嵌入式技术的网络数控系统的最大特点是中央数字控制单元不再是一个通用的计算机系统，而是一个嵌入式计算机系统，不但运算能力强、结构灵活和成本低廉，而且具有通用性强、可组合、易扩展、可伸缩和开放性等特点.关键词：网络数字控制嵌入式体系结构先进精筒指令集处理器数字信号处理器中图分类号：TP29TH170前言数字控制（Numericcontrol,NC）技术的发展，到目前为止经历了分立元件系统、专用计算机系统和通用计算机系统等阶段。在最初的分立元件系统阶段，数控运算是由各种逻辑电路组合来实现的，这种系统的所有数控功能均由硬件系统完成。随着计算机技术，特别是微处理器技术的迅速发展，出现了基于微型或小型计算机的数控系统，这种数控系统又称为计算机数字控制系统（Computernumericcontrol,CNC）,这时的数控系统采用的计算机平台是专为数控而设计，并在20世纪60〜80年代得到广泛的应用，但是当时全球只有少数几家技术及财力雄厚的企业（如德国的西门子、美国的GE、H本的FANUC）才有能力开发这种专用计算机数控系统。自20世纪80年代起，基于16位、32位的微处理器得到迅猛的发展。通用PC在计算能力、处理速度、人机交互和开发环境等方面都有了快速的发展。因此，许多企业、研究机构开始采用基于（工业）PC的数控技术与系统。目前，基于通用PC的开放式数控技术得到迅速发展，出现了PC+NC（又可分为PC嵌入NC、NC•国家自然科学基金亶点资助项目（5033020）.20060622收到初稿,20061213收到修改稿嵌入PC等）和PC全软集成NC等系统结构山叫但是也应该看到这种基于通用PC的数控技术与系统还存在一些无法回避的问题。由于PC机最初是针对数据处理、文件管理而设计的，因此其结构相对复杂，成本较高。更为重要的是，由于PC系统的硬件不是针对实时控制设计，不能很好地满足实时控制的要求，例如数控系统的硬件功能没有现成的模块可利用，往往需要进行硬件扩展以满足实时控制的需要，同时PC提供的不少功能是实时控制中不需要的，而且PC系统的操作系统也不是针对实时控制而设计的。随着网络技术的发展，数控技术的网络化已成为数字制造技术的发展方向旧）。目前数控系统本身的许多计算和处理功能，除实时控制功能外，将来必将由远程控制完成，也就是说随着数控技术的网络化发展，现场每一个制造设备的数控系统在整个网络制造环境中将成为一个简单的执行单元，或者说是网络的一个节点。在这种趋势下，数控技术与系统必须适应未来网络技术和数字制造发展的需要，而嵌入式系统与工业通用PC比较，在适应网络化方面有其独特的优势⑻。采用基于工业PC的数控技术平台存在另外一个无法回避的问题就是系统的核心硬软件没有自主知识产权。目前工业控制机使用最多的操作系统是Windows及其硬软件模块并非自主开发，而嵌入式技术则可以通过硬软件自主开发，操作系统和系统模块的剪裁，最终形成完全具有自主知识产权的基于嵌入式的新型网络数控系统。嵌入式系统是“嵌入到受控对象或宿主系统中的专用计算机系统”。随着计算机技术的发展，目前...