0 引 言

　　目前開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)通常采用兩個(gè)處理器：主控制器和DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）。主控制器負(fù)責(zé)接受用戶的數(shù)據(jù)輸入，顯示狀態(tài)，系統(tǒng)管理功能等，一般用工控機(jī)（IPC）作主控制器，也可稱為主機(jī)。DSP負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)信號(hào)和伺服數(shù)據(jù)處理，可以是各種運(yùn)動(dòng)控制器。為了解決主處理器與DSP之間的通訊問(wèn)題，數(shù)控系統(tǒng)采用了雙端RAM，用于實(shí)現(xiàn)DSP與主控制處理器之間的高速重復(fù)不需握手的數(shù)據(jù)通信。

　　雙端RAM，具有兩套獨(dú)立的地址、數(shù)據(jù)線及讀/寫(xiě)控制線，它的控制邏輯與存儲(chǔ)器集成在一片大規(guī)模集成電路內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了真正的雙端口異步操作，可與多種CPU 接口，使得電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，集成度提高，數(shù)據(jù)交換更加快速、可靠。雙端RAM 是一種特殊存貯器，其主要特點(diǎn)為：

　　1）能在兩個(gè)CPU 之間建立數(shù)據(jù)通道。雙端RAM 擁有兩套互相獨(dú)立的數(shù)據(jù)、地址和讀/寫(xiě)控制總線，可分別與兩個(gè)不同的CPU 相連，只要不同時(shí)操作同一存貯單元，兩側(cè)CPU就能互不相干地對(duì)其中任一單元進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。

　　2）可作為CPU 外部RAM 使用，即每個(gè)CPU 都把雙端RAM 作為自己的外部存貯器用。主控制器寫(xiě)入雙端RAM中的數(shù)據(jù)可隨時(shí)被DSP 讀出，同樣DSP 寫(xiě)入雙端口RAM中數(shù)據(jù)也能隨時(shí)被主控制器讀出。

　　3）雙端RAM 用于CPU 之間數(shù)據(jù)交換時(shí)，常采用中斷方式或令牌方式。中斷工作方式在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)需發(fā)出中斷請(qǐng)求，得到CPU 響應(yīng)后，硬件發(fā)出中斷向量，并打斷原程序運(yùn)行，轉(zhuǎn)向執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸中斷服務(wù)程序。令牌工作方式約定只有得到令牌的一方才能傳輸數(shù)據(jù)。一旦令牌被兩個(gè)CPU 中的一個(gè)得到，則另一個(gè)CPU 只能等到它用完再傳輸。

　　數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)主控制器將運(yùn)動(dòng)命令寫(xiě)入雙端RAM，DSP 讀取后執(zhí)行，同時(shí)主控制器也從雙端RAM 中讀出DSP存放的運(yùn)行狀況反饋信息。雙端RAM 是一個(gè)插在IPC 總線上的獨(dú)立芯片，與DSP 用電纜連接。雙端RAM 可用作快速?gòu)腄SP 中讀出或向DSP 寫(xiě)入數(shù)據(jù)和命令。

　　本系統(tǒng)向DSP 寫(xiě)入的典型用法是實(shí)時(shí)重復(fù)下載位置數(shù)據(jù)和循環(huán)程序信息。從DSP 中讀出的典型用法是重復(fù)得到狀態(tài)信息。對(duì)于本文采用的DSP 支持一些自動(dòng)功能。自動(dòng)功能包括DSP 可以自動(dòng)或由PLC 程序?qū)㈦姍C(jī)狀態(tài)、位置、速度及錯(cuò)誤信息等連續(xù)上載寫(xiě)入雙端RAM 中。

1 雙端RAM的地址分布

　　雙端RAM在主機(jī)端和DSP 內(nèi)存地址分布是不同的。本文采用了8K X 16bit 的雙端RAM。對(duì)于DSP，一個(gè)字是16 位，雙字為32 位，將雙端RAM 按雙字（32 位）取址，雙端RAM 僅被認(rèn)為是出現(xiàn)在地址空間$ D000 到$DFFF 上的一段多余內(nèi)存。內(nèi)存大小為4k 的雙字（32位），或8k的單字（16 位）。每個(gè)單元的前16 位為該單元的Y分量，后16位為X 分量。DSP 將內(nèi)存空間$ D000 到$D1FF保留作固定用途，$D200 到$ DFFF 范圍內(nèi)存開(kāi)放為一般用途。對(duì)于主機(jī)端，雙端RAM 為8k X 16 位的內(nèi)存。由于大多數(shù)計(jì)算機(jī)按字節(jié)取址，這將要求16k的地址空間，即在主機(jī)總線上14 位（214 = 16k）。

　　雙端RAM在DSP和主機(jī)之間的地址換算可用下式計(jì)算：

　　主機(jī)地址=主機(jī)起始地址+ 4*（DSP 地址- $D000）+偏移量

　　其中若要得到Y(jié)分量，偏移量=0；若要得到X 分量，偏移量=2。

　　在本系統(tǒng)中，主機(jī)的起始地址為$ 1FC000。反過(guò)來(lái)，可得到：

　　DSP地址=0.25*（主機(jī)地址-主機(jī)起始地址）+$D000

　　用C 語(yǔ)言寫(xiě)主機(jī)程序來(lái)讀1 號(hào)電機(jī)的實(shí)際位置，可以利用DSP的自動(dòng)功能將這些數(shù)據(jù)放在雙端RAM的指定位置上。然后，主機(jī)程序就可以讀取地址$D200的數(shù)據(jù)，重新裝配位置信息以便C語(yǔ)言可以使用。$D200在IPC內(nèi)存地址由上面的公式容易得到：

　　十六進(jìn)制（ $D200-$D000）*4+$D4000=$D4800

2 數(shù)控軟件的設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)友好的用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)工業(yè)運(yùn)行不可忽視的重要因素。由于操作者已習(xí)慣傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)操作面板及相關(guān)術(shù)語(yǔ)和指令系統(tǒng)，故基于方便終端用戶使用的考慮，在開(kāi)發(fā)本數(shù)控軟件時(shí)，必須將其在工作原理方面的特點(diǎn)隱藏在系統(tǒng)內(nèi)部，而使提供給用戶或需要用戶處理的信息盡可能與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)一致。這些信息通常包括操作面板的顯示、數(shù)據(jù)程序代碼和坐標(biāo)定義等。用戶界面的開(kāi)發(fā)主要工作集中在雙端RAM 的通信功能，通信程序是利用Delta Tau公司提供的Pcomm32 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)和PTALKDT 控件編制的。Pcomm32囊括了主控制器同DSP 通信的所有方式，而且將其主要函數(shù)進(jìn)行分類、封裝，最終形成ActiveX 控件- PTALKDT。利用Visual C + + 開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件中嵌入PTALKDT，可以制作出友好的用戶界面。所制作的用戶界面采用模塊化設(shè)計(jì)，包括手工編程模塊、程序下載模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、手動(dòng)調(diào)整模塊和自動(dòng)加工模塊及其它輔助功能模塊。

　　1）手動(dòng)編程模塊

　　VC 中的MFC 提供一個(gè)文本編輯類CeditView，利用它幾乎不用編寫(xiě)什么代碼，便能生成一個(gè)類似NotePad 的文本編輯器，雖然它沒(méi)有Word 的文字處理功能強(qiáng)大，但用來(lái)編輯NC 代碼已經(jīng)足夠。在編輯窗口完成NC 代碼所有編輯操作，可以進(jìn)行語(yǔ)法檢查，將檢查結(jié)果以對(duì)話框的形式告訴操作者語(yǔ)法錯(cuò)誤信息。

　　2）程序下載模塊

　　經(jīng)過(guò)語(yǔ)法檢查、格式轉(zhuǎn)換的NC代碼程序可以下載到雙端RAM二進(jìn)制循環(huán)程序緩沖區(qū)中，將ASCII碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式，然后由雙端RAM送到DSP的循環(huán)運(yùn)動(dòng)程序緩沖區(qū)。循環(huán)運(yùn)動(dòng)程序緩沖區(qū)允許在程序執(zhí)行期間對(duì)程序行進(jìn)行下載，并覆蓋已經(jīng)被執(zhí)行的程序行。這就能夠連續(xù)執(zhí)行比DSP的存儲(chǔ)空間大的程序，并且實(shí)時(shí)下載程序行。下載程序流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 下載程序流程圖

　　3）參數(shù)設(shè)置模塊

　　參數(shù)設(shè)置模塊完成并聯(lián)機(jī)床一些加工工藝參數(shù)的調(diào)整設(shè)置工作并對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。為防止非專業(yè)人員修改參數(shù)，在進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模塊前提示輸入密碼。參數(shù)設(shè)置包括部分：控制參數(shù)、位置參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、刀具參數(shù)。控制參數(shù)主要是對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器中PID調(diào)節(jié)進(jìn)行設(shè)置。位置參數(shù)設(shè)定工件坐標(biāo)系、機(jī)床坐標(biāo)系的相對(duì)位置及參考點(diǎn)位置等。系統(tǒng)參數(shù)是主要機(jī)床加工工藝上的參數(shù)定義。刀具參數(shù)是選擇刀具的型號(hào)，尺寸。該模塊把輸入的參數(shù)存至雙端RAM特定的內(nèi)存地址上。

　　4）手動(dòng)調(diào)整模塊

　　手動(dòng)調(diào)整模塊與操作面板相似，可以對(duì)單個(gè)軸進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)、回零控制，還可以在單軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中開(kāi)關(guān)主軸、冷卻液及刀具，并可對(duì)主軸和進(jìn)給轉(zhuǎn)速進(jìn)行修調(diào)。在單軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將所選軸的位置信息實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。手動(dòng)調(diào)整界面見(jiàn)圖2。

圖2 手動(dòng)調(diào)整界面

　　5）自動(dòng)加工模塊

　　程序下載后就可選擇自動(dòng)加工命令，它向DSP發(fā)出命令執(zhí)行程序緩沖區(qū)中的程序，同時(shí)將界面按顯示方式切換為自動(dòng)加工的頁(yè)面。可以按三種坐標(biāo)方式，兩種字體方式選擇顯示方式，通過(guò)對(duì)話框選擇。自動(dòng)加工模塊在加工過(guò)程中從雙端RAM中實(shí)時(shí)取得坐標(biāo)位置、電機(jī)轉(zhuǎn)速并將其同步顯示出來(lái)。選擇大字符時(shí)，僅在頁(yè)面上顯示坐標(biāo)位置和電機(jī)轉(zhuǎn)速，選擇小字符時(shí)，還會(huì)將運(yùn)行程序和正在執(zhí)行的程序行顯示出來(lái)。坐標(biāo)方式分機(jī)床坐標(biāo)、工件坐標(biāo)和桿件坐標(biāo)三種。坐標(biāo)位置會(huì)根據(jù)所選方式進(jìn)行坐標(biāo)變換和運(yùn)動(dòng)學(xué)變換，然后在頁(yè)面上顯示出來(lái)。

3 結(jié) 論

　　數(shù)控軟件運(yùn)用現(xiàn)成的NC 程序，對(duì)應(yīng)用推廣有現(xiàn)實(shí)意義。將原理方面的特點(diǎn)隱藏在系統(tǒng)內(nèi)部，提供給用戶處理的信息與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)一致，使操作容易，為數(shù)控系統(tǒng)的工業(yè)運(yùn)行提供了必要條件。用戶界面實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，便于以后功能擴(kuò)展。