Сосонкин_Системы_ЧПУ (1087166), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Система Sinumeric 840D (Siemens) предлагает некоторый способ доступа (сервис) к функциям ядра, который аналогичен принципу работы с многофункциональными прерываниями в DOS (например, 21 Н)[75]. Открытость этих систем, таким образом, реализована лишь в слабойстепени.Помимо проблемы открытости, нерешенными остаются проблемы реализации многозадачности прикладной компоненты, контроля над ведением проекта, формализации рутинных работ при разработке и настройкесистемы под конкретного заказчика.Когда мы говорим об открытости на уровне пользователя, то в первуюочередь подразумеваем возможность использования вынесенных во входной язык API-функций, настройки с помощью конфигурационных файлови файлов инициализации, изменения значения реестра Windows NT, добавления и синхронизации внешних приложений на базе входных и выходных файлов.
И лишь во вторую очередь рассматриваем возможностьполучения сервиса от ядра системы CNC через API-интерфейс [73].При систематизации средств построения открытых систем PCNC выделим четыре их группы, соответствующие решению ключевых методологических проблем:• средства языкового процессора, отображающие часть API-функцийво входном языке и конфигурационном файле модуля;• стандартные операционные средства, предполагающие использование готовых объектов и механизмов, а также опыта решения проблеммногозадачности;• стандартные инструментальные средства комплексного ведения проекта, позволяющие структурировать и ускорять проектирование системыPCNC;• оригинальные инструментальные средства, позволяющие частичноформализовать процесс разработки и избавиться от рутинных операций,специфичных для процесса создания систем PCNC.Рассмотрим эти группы более подробно.Глава 4.
Технологии разработки программного обеспечения систем управления2014.3.3. Построение систем ЧПУ по типуоткрытого языкового процессораПод открытым языковым процессором будем понимать модуль, у которого часть API-функций вынесена во входной язык или в файл конфигурации модуля, что позволяет использовать функциональные возможности ядра системы ЧПУ, не прибегая к прямому программированию. Нарис.
123 система PCNC представлена набором языковых процессоров.На вход интерпретатора поступают управляющие программы; настройкана конкретную версию языка IS0-7bit осуществляется с помощью конфигурационного файла.Выходом интерпретатора служит IPD-файл, содержащий команды интерполятору и программируемому контроллеру. Интерполятор обрабатывает свои IPD-команды и рассчитывает приращения приводов. Программируемый контроллер обрабатывает свои IPD-команды в соответствии сПрограммируемыйконтроллерУправлениеэлектроавтоматикой/ДействияоператораРис.
123. PCNC-системакак набор языковых процессоров202В.Л. Сосонкин, Г.М. Мартинов. Системы числового программного управленияпрограммами циклов и управляет электроавтоматикой. Экран показываетрасположение управляющих элементов, размеры, шрифты, цвета. Язык выдачи сообщения и машина состояния заданы файлами описания (скриптфайлами, script). Интерфейс оператора интерпретирует скрипт-файлы состояния системы в соответствии с действиями оператора с целью отображения экранов и управления системой PCNC.Рассмотрим процесс создания открытого языкового процессора на примере интерпретатора.Концепция интерпретатора управляющей программы состоит в его построении по типу геометрического ISO-процессора [51]. Происхождениенаименования связано с языком IS0-7bit управляющих программ, а сутьконцепции состоит в привлечении двух принципов организации программной среды для решения геометрической задачи.
Согласно первому, ISOпроцессор должен быть построен так, чтобы воспринимать операторы языкаIS0-7bit управляющей программы как машинные инструкции. Второйпринцип заключается в том, что реализация ISO-процессора осуществляется на основе объектно-ориентированного подхода. Концепция ISO-процессора представлена на рис. 124. В прямоугольных рамках обозначенывозможности, вытекающие из указанных двух принципов.Архитектура и система команд ISO-процессора.
ISO-процессор представляет собой многозадачную систему, в которой работают четыре параллельных задачи: интерпретации, смежной коррекции, интерполяции и локальной диспетчеризации. Схема взаимодействия отдельных задач приведена на рис. 125.НадежностьБыстродействиеОбработкаоператоровязыка IS0-7bit какмашинных командРеализация ISO-процессора на базе объектноориентированногоподходаГибкостьОткрытаяархитектураРис.
124. Концепция ISO-процессораГлава 4. Технологии разработки программного обеспечения систем управленияИнтерпретаторТекущий кадр |Очередь исходныхкадровСмежныйкорректор203ИнтерполяторТекущий кадр |Текущий кадр jОчередь кадров длясмежной коррекцииОчередь подготовленных кадровЛокальныйдиспетчерРис. 125. Выделение параллельных задач в ISO-процессореИнтерпретация состоит в подготовке кадров управляющей программы. Упорядоченные кадры УП пребывают в очереди исходных кадров.Интерпретатор обрабатывает первый кадр из очереди и переставляет егов очередь либо подготовленных кадров, либо кадров для смежной коррекции. Необходимость в смежной коррекции возникает при расчетеэквидистантных контуров и заключается в коррекции существующихкадров или в синтезе дополнительных. Смежный корректор осуществляет коррекцию смежных кадров из своей очереди и переставляет их вочередь подготовленных кадров.
При необходимости смежный корректор генерирует дополнительные кадры и вставляет их в ту же очередьподготовленных кадров. Если процесс смежной коррекции выключен,то очередь подготовленных для интерполяции кадров формируется непосредственно в процессе интерпретации. Функция интерполяции традиционна [76]. Необходимость диспетчеризации вытекает из взаимодействия задач в реальном времени и разделения между ними общих системных ресурсов. .Для формирования команд используем операторы языка IS0-7bit управляющей программы ЧПУ в ее традиционном виде, однако информацию управляющей программы трактуем иным образом. Кадр УП на языкеIS0-7bit несет информацию о заявленных алгоритмах и структурах данных.
Алгоритмы представлены подготовительными функциями (G-функциями). Структуру данных составляют функции размерных перемещений(X, Y, Z, I, J, К, R), подачи (F), скорости главного движения (S). Функции204вл- Сосонкин, Г.М. Мартинов. Системы числового программного управленияструктур данных можно рассматривать как параметры G-функций, а самиG-функции - как системы команд ISO-процессора.Команды разбиты на группы: Plane-выбор координатной плоскости ипереход к относительной системе координат; Dimension - преобразованиеразмерности к форме, используемой в алгоритмах интерполяции; Correction расчет эквидистант; Delay - задание выдержки времени; Interpolation выбор алгоритмов интерполяции; StandartCycles-вызов стандартных циклов. В зависимости от версии языка IS0-7bit возможны и другие группы:Condition - организация перехода к следующему кадру; Acceleration - расчеты участков разгонов и торможений и др. В каждой группе выделены однаили несколько подгрупп ортогональных, т.
е. взаимоисключающих, G-функций. Активные в данный момент подготовительные функции (команды) образуют G-вектор, размерность которого определяется количеством ортогональных подгрупп, а следовательно, зависит от конкретной версии языка.Выделение групповых интерпретаторов.
Структура системы командпредопределяет структуру процессора интерпретации. Интерпретация кадра осуществляется независимо для каждой группы. В разных версиях языка IS0-7bit обозначения подготовительных функций и их алгоритмическоенаполнение не совпадают, и это вызывает определенные затруднения у разработчиков систем управления.
Особенности предлагаемого подхода состоят в том, что сама структура системы команд отображается в ресурсахсистемы управления. Такая схема обеспечивает гибкость, поскольку функциональное назначение и возможности системы определяются множеством выбранных подготовительных функций. Конфигурация интерпретатора формируется структурой системы команд. Число групп G-функций задаетколичество групповых интерпретаторов, а в каждом интерпретаторе предусмотрены подгруппы, с которыми он работает, но не определены G-функции,которые входят в каждую подгруппу. Групповой интерпретатор обращается кподготовительной функции как к соответствующей координате G-вектора ипередает ей управление.
Использование подобной схемы означает, что одно ито же устройство ЧПУ может использовать различные системы команд. В этомсостоят новые гипотетические возможности систем PCNC.4.3.4. Стандартные средства поддержанияоткрытой архитектурыОперационная система Windows СЕ с гарантированным временем реакции 500 мкс превосходит в этом плане Windows NT, но в однокомпьютерных системах не удовлетворяет полностью требованиям реального времени.
В этой связи неизбежно применение расширений реального времени. Время реакции, которое гарантирует такое расширение, на порядокменьше, чем у Windows СЕ. Одно из самых удачных решений сегодня -Глава 4. Технологии разработки программного обеспечения систем управления205это расширение RTX фирмы VentureCom, которое заменяет аппаратно-зависимый уровень HAL ядра Windows NT для обеспечения необходимойреакции на события. При этом появляются новые объекты ядра с идентичными для прежних объектов механизмами взаимодействия, что и позволяет рассматривать Windows NT и расширение RTX как одно целое, т.е. какоперационную систему реального времени (ОСРВ).Рассмотрим объекты и механизмы Windows NT, которые позволяютстроить модули системы PCNC по типу открытого языкового процессора.Будем оперировать понятиями «процессы», «потоки», «таймеры», «сообщения».
Процесс- это экземпляр (копия) выполняемого приложения. Процессы в 32-битной среде Windows (Win32) инертны, они ничего не выполняют; им отведено адресное пространство объемом 4 Гбайт, где содержатся код и данные выполняемого приложения. Для того чтобы Win32-npoueccчто-то выполнял, в нем создается поток (thread - нить). Один процесс может содержать несколько потоков, тогда они одновременно выполняют кодв адресном пространстве процесса. Для этого каждый поток располагаетсобственным набором регистров процессора и собственным стеком.В системе PCNC сосуществуют несколько процессов, которые обмениваются данными и сообщениями.
Их делят на процессы реального времени и машинного времени (Win32-nponeccbi). В процессах реального времениреализованы в виде отдельных потоков интерполятор, модуль Look-a-head(опережающего просмотра кадров), система поддержки коммуникационной среды. В свою очередь в процессе машинного времени работают потоки поддержки коммуникационной среды, терминальная задача (MMI),интерпретатор, запускающий групповые интерпретаторы. Упрощенная модель потоков системы PCNC представлена на рис. 126.Рассмотрим проблему создания и синхронизации потоков в системе PCNC.Создание потоков в системе PCNC. Чтобы определить, когда необходимо создавать потоки, исследуем проблему многопоточности. Многопоточность позволяет добиться минимального простоя процессора и болееэффективной его работы. Например, прорисовка сложного экрана требуетмного времени, что недопустимо для систем реального времени.
Выделение MMI в отдельный поток с низким приоритетом снимает эту проблему.При возникновении любой паузы ОС передаст MMI время для прорисовки экрана. Срабатывание таймера запустит высокоприоритетный потокинтерполятора, и MMI-поток будет вытеснен.В отдельные потоки выделяют любые длинные операции с файлами.Например, в редакторе УП в отдельные потоки вынесены операции:ЗО-моделирования УП, расчета G-вектора в текущем кадре УП и т.д.
Выделение модулей системы PCNC в отдельные потоки обеспечивает их независимость. Например, интерполятор, работающий в отдельном потоке,206В.Л. Сосонкин, Г.М. Мартинов. Системы числового программного управленияPLC потокПоток интерполяцииПроцесс раальноговремениПоток коммуникационнойсреды РВПоток коммуникационнойсреды Win32Поток интерпретацииПоток интерфейса соператором (MMI)' Процесс машинного' времени (Win32 процесс)Поток диспетчера РВL.Рис. 126.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
