摘要
本文综合研究了基于Windows实时控制系统的软件开发中关键技术,重点分析了Windows下实时串行通信软件开发的相关技术。最后,对数控系统中若干控制功能进行研究与开发。
第一章:综述数控系统的发展历程、研究现状,介绍当代数控系统发展趋势和主要特征,分析基于PC的开放式CNC系统的体系结构以及主流数控系统软件平台,阐述了开发基于Windows经济型串行总线数控系统的研究意义。最后给出全文研究内容及安排。
第二章:针对Windows平台下数控系统实时多任务控制这一关键问题,研究了Windows环境下软硬件精确定时技术;并在Windows底层驱动程序的特点和工作原理分析基础上,对虚拟设备驱动程序编程开发中关键技术问题进行研究,提出应用程序与VxD共享内存的具体实现方法;此外,还对Windows下多线程技术中同步机制、任务调度算法以及线程调度模型进行深入研究。
第三章:介绍计算机通信系统的特点、组成、数据传输方式;分析比较了三种计算机串行通信接口标准(RS-232C、USB和IEEE-1394)的性能特点和应用场合等;最后,对通信协议层次结构中流量控制、差错控制等数据链路层控制技术进行分析研究。
第四章:介绍Win32下串行通信的内部机制及其基本步骤;分析串行通信的编程实现方法及其工作方式:并在对WindowsAPI方式和VxD模式实现串行通信关键技术分析基础上,具体编程开发相应的实时串行通信软件;最后,对影响实时串行通信的相关因素进行实验分析。
第五章:简要介绍基于Windows串行总线数控系统的软硬件结构和组成;在分析Windows下数控系统多任务特点基础上,给出了实现多任务控制的缓冲区技术和基于多线程技术的多任务实时调度方案。最后,对数控系统中若干控制功能进行研究与开发。
第六章:总结全文的研究工作,并对今后开放体系结构CNC系统的发展进行展望。
The paper synthetically studies the key technology in software development of real-time control system based on Windows, and emphatically analyses correlative technology, which applied on software development of real-time serial communication base on Windows. In the end, the paper study on several control function in NC (numerical control) system.
Chapter 1 presents a review of the integration of NC system, and introduces the developmental trend and main characteristic of modern NC system. And then, the charpter analyses system framework of open architectural CNC system based on PC and mainstream software platform of NC system, and expatiates significance of study on economic SCNC (Serial Computer Numerical Control) System base on Windows. In the end, it presents the paper's content.
Chapter 2 contraposes to the key question of real-time multitask NC system based on Windows, and study the precision timing technology used software or hardware under Windows. On the basis of analyzing characteristic and theory of device driver under Windows and studying the key technology in the programming of virtual device driver, puts forward the realization of sharing memory between application and VxD. Furthermore, Synchronous mechanism, task schedule rule and thread schedule model of multithreading technology in Windows are studied deeply.
Chapter 3 introduces the characteristic , composing and data transmission mode of compunication system firstly. Secondly, it analyses and compares capability characteristic and application situation of three kinds of standard which applies computer serial communication interface(RS-232Cx USB and IEEE-1394) . Finally, the technology of data link control protocl, such as flux contro, error control which apply on communication protocol hiberarchy, is analysed and studied.
Chapter 4 introduces deep mechanism and primary process of serial communication in Win32 system, and analyses the way of programming and wok mode of serial communication. On the ground of analysis and study of the main technology of realizing serial communication based on Windows API and VxD respectively, real serial communication software is developed. Finally, experiment and analyze what is correlative factor, which affect real-time serial communication.
Chapter 5 simply introduces the composed of SCNC system and its structure of software and hardware. On the basis of analyzing characteristic of real-time multitask control in NC system base on Windows system, it gives buffer technology on the control of multitask and real-time schedul scheme which bases on multithreading technology. In the end, it studies and develops several control function in NC system. Chapter 6 summarizes the study of entire paper, and prospects the development of open architectural CNC system.
引文
[1] 叶伯生等.计算机数控系统原理、编程与操作.华中理工大学出版社,1998
[2] 王爱玲,张结堂等.现代数控原理及控制系统.国防工业出版社,2002
[3] 冯勇等.现代计算机数控系统.机械工业出版社,1996
[4] 王永章.机床的数控技术.哈尔滨工业大学出版社,1995
[5] 张曙等.机床数控技术的发展现状与趋势.组合机床与自动化加工技术,1993(1):1-4
[6] 周祖德,魏仁选,陈幼平.开放式控制系统的现状、趋势与对策.中国机械工程,1999(10):1090-1093
[7] 孙斌,杨汝清.基于PC的数控系统的研究现状和发展趋势.机床与液压,2001(4):3-5
[8] 赖国庭,吴玉厚,富大伟.开放式数控系统的发展及性能研究,机械与电子,2003(2):3-5
[9] 徐守祥.开放式控制系统——欧洲数控业的发展策略.制造技术与机床,1997(3):4-6
[10] 张俊,魏红根.数控技术发展趋势——智能化数控系统.制造技术与机床,2000(4):23-25
[11] 章富元,方江龙,汤季安.对我国数控技术发展的思考.中国机械工程,1999,10(10):1101-1103
[12] 叶佩青,廖文和,周来水,周儒荣.基于PC平台的计算机数控(CNC)系统开发.南京航空航天大学学报,1997,24(2):125-130
[13] 戴晓华,王文,王威,秦兴,陈子辰.开放式数控系统研究综述.组合机床与自动化加工技术,2000(11):5-7
[14] 郑立新.串行总线计算机数控系统.制造技术与机床,2000(4):9-10
[15] Wolfgang Sperrling, Peter Lutz. Design Application for an OSACA Control. Proceedings of the International Machinal Engineering Congress and Exposition. The ASME Winter Annual Meeting, 1997(11): 16-21
[16] W. Sperling, Objectives and Basic Ideas of the OSACA Project, OSACA Open Day' 96 Report, April, 1996
[17] 徐守祥 等.开放式CNC的概念和应用.制造技术与机床,1997(3):10-12
[19] 魏仁选,陈幼平,周祖德.数控软件芯片设计方法的研究.华中理工大学学报,1998(10):35-37
[20] 吕新平,左静.基于Windows 95/NT环境下的软件芯片式CNC的研究.机械与电子,1999(3):36-39
[21] 郭艳玲等.数控发展的趋势—开放式体系结构数控系统.东北林业大学学报,2000(9):148-150
[22] 李宏胜.现代数控系统的技术特点与发展趋势.制造业自动化,2002,24(11):1-6
[23] 张俊 魏红根.数控技术发展趋势——智能化数控系统.制造技术与机床,2000(4):7-9
[24] 文广,马宏伟.数控技术的现状及发展趋势.机械工程师,2003(1):9-12
[25] 叶佩青等.数控技术的现状及发展策略.机械科学与技术,1997,26(3):6-9
[26] 沈兵,黄健.基于Windows 9x的数控系统实时控制研究.制造技术与机床,2003(1):49-51
[27] 杨更更,叶佩青等.基于PC+NC型体系结构的高性能数控系统的研究.机床与液压,2003(3):44-46
[28] 周德俭,吴兆华,陈子辰.使用PC的开放式计算机数控系统——CNC的发展新动向.机电一体化,1997(1):14-16
[29] 白建华,梁维胜等.一种基于Windows的PC机数控系统.组合机床与自动化加工技术,2002(3):52-56
[30] 伊家凡,王孙安.基于PC的开放式数控系统的研究.机床与液压,2003(2):88-91
[31] 杨晓京等.几种开放式微机数控系统比较.制造业自动化,2002,24(1):18-21
[32] 雷为民等.关于软件数控的一些基本构想.小型微型计算机系统,1999,20(2):81-87
[33] 王世寰,王永章,付云忠.基于DOS/Windows系列平台数控系统实时控制的研究.测控技术,2003,22(3):29-31
[34] 陈家新.DOS环境下实时多任务调度策略的实现.计算机应用,2000,20(3):45-47
[35] 石圩 等.基于DOS系统的实时多任务控制软件设计方法研究.甘肃工业大学学报,2001,27(4):1-4
[36] 田平,熊清平,李建华.Linux平台下数控系统实时控制的研究.组合机床与自动化加工技术,2002(12):58-61
[37] 王彦利,李斌.实时Linux下数控系统多任务的结构与实现.制造业自动化,2003,25(3):9-11
[38] 吕思伟,熊清平.实时Linux下数控系统的开发研究.组合机床与自动化加工技术,2002(2):27-30
[39] 李宇昊等.基于RT-Linux的开放式数控系统的开发研究.机械工程师,2003(4):16-18
[40] 林享等.Windows NT环境下CNC冲床监控系统实时多任务控制的实现.锻压技术,1999(4):39-42
[41] 谢明红等.基于Windows平台的CNC实时多任务设计.机械与电子,2000(1):37-38
[42] 孙勇,张东亮.基于Windows 95/NT的开放式数控系统实时性分析.机械与电子,2000(1):43-45
[43] 王治森等.基于Windows CE的开放式CNC系统研究.制造业自动化,2001,23(9):1-3,6
[44] 付永红等.基于WINDOWS下CNC系统软件模块化设计的研究.机电工程,2000,17(6):42-44
[45] 付永忠,殷苏民.Windows95平台下数控系统实时控制的研究.江苏理工大学学报,2000,21(1):49-52
[46] 狄士春,迟关心,曹光宇.基于Windows平台智能模糊控制电火花数控系统.机械科学与技术,1999,18(6):946-949
[47] 文清华等.Windows环境下数控软件实时控制的实现.机床与液压,2003(3):139-140,12
[48] 刘涛,李维嘉.基于Windows 9x的实时控制的方法研究与实现.自动化与仪器仪表,2003(1):47-50
[49] 孟毅,冯志彪.Windows 2000实时应用研究.微机发展,2003,13(11):3-5
[50] 牛文娟,王为胜.WINDOWS环境下计算机实时系统的开成.微型机与应用,1998(11):19-22
[51] 杨军.Windows定时器的开发应用.微处理机,1998(1):41-42
[52] 林金明.基于Windows9x实时控制系统的开发.福建电脑,2002(7):39-40
[53] 王文武,王诚.多媒体定时器的定制和使用方法.计算机应用,2000(3):
[54] 王伟,徐国华.多媒体定时器在工业控制中的应用.微型机与应用,2001(12):8-10
[55] 郑存红,胡荣强.用Visual C++实现实时数据采集.计算机应用研究,2002(4):103-105
[56] 何雪松,王旭永,冯正进.基于Windows系统实时控制的工程实现方法.自动化与仪表,2003(1):54-57
[57] 周鸣赖,邵雷.Windows环境下精确定时的实现.微计算机应用,2001,22(5):309-313
[58] 齐叶庭,张世庆.WIN9X环境下驱动程序的实现.工业控制计算机,2001,14(8):46-47
[59] 王有庆,田涌涛,李从心.Win9x下实时控制的关键技术研究.计算机工程,2002,28(7):247-249
[60] 韩斌,何建新.Windows设备驱动程序研究.成都信息工程学院学报,2002,17(1):33-37
[61] 裴景玉.基于Windows95平台的实时控制技术.工业控制计算机,2000,13(3):36-40
[62] 欧青立.VxD技术分析与开发.湘潭矿业学院学报,2003,18(1):68-71
[63] 李湘江,邹筏梅.Windows 9x下VxD运行机制分析.微型电脑应用,2002,18(1):47-49
[64] 白永胜,刘胜.Windows95下实现虚拟设备驱动程序与应用程序的实时通信.微计算应用,2000,21(6):371-374
[65] 李直,高赛.Windows环境下实时系统的开发技术.中国计算机用户,1996(11):44-45
[66] 武安河,周利莉.Windows设备驱动程序(VxD与WDM)开发务实.北京:电子工业出版社,2001
[67] 孙守阁,徐勇.Windows设备驱动程序技术内幕.北京:清华大学出版社,2000
[68] Hazzah K.孙喜明译.Windows VxD与设备驱动程序权威指南.北京:中国电力出版社,2001
[69] 杨强,李堂秋.Win9x虚拟设备驱动程序编程指南.北京:清华大学出版社,1999
[70] Walter Oney. Systems Programming for Windows 95. Microsoft Press, 1996
[71] Karen Hazzab. Writing Windows VxDs and Device Driver. Milter Freeman Inc, 1997
[72] 郭月洋,陈瑞琪.Win9x下VxD和应用程序双向通讯的实现.计算机测量与控制(二),2003,11(2):128-130
[73] 王红梅,杨立民.VxD与Win32应用程序间的通讯.应用能源技术,2002(3):48-49
[74] 徐志海,郭武,徐守时.Win95下利用VxD访问物理地址.微计算机应用,1998,19(3):129-133
[75] 罗琦琨等.WIN98环境下肌电图信号高速采样的实现.上海生物医学工程,2002,23(1):49-53
[76] 李安,杨梓松.VxD技术深入剖析和VxD程序的开发.广东广播电视大学学报,2002,11(1):39-43
[77] 袁宏杰,李传日.用VTOOLSD工具包开发WIN95/98虚拟设备驱动程序.自动化技术与应用,2001(5):48-50
[78][美] Williaa Stallings著,魏迎梅,王涌等译.操作系统——内核与设计原理(第四版)Operating Systems Internals and Design Principles Fourth Edition. 北京:电子工业出版社,2001
[79][美] Jetfrey Richter著,王建华等,Windows核心编程Programming Applications for Microsoft Windows Fourth Edition.北京:清华大学出版社,2000
[80] 周晓慧.现代操作系统中的进程、线程及在Windows OS下的应用.计算机应用研究,2002(2):123-125
[81] 周炎涛,李立明.现代操作系统中的多线程技术及其应用.计算机与现代化,2002(7):7-11
[82] 李峥.运用Event实现线程同步的若干问题.电子对抗技术,2002,17(6):51-54
[83] 唐寅.实时操作系统应用开发指南.北京:中国电力出版社,2002
[84] 张李超,韩明.Windows NT的实时性研究.计算机工程与应用,2002(5):41-42,118
[85] 闫守孟,李孝安,周兴社.Windows 2000/NT用于实时系统的方案研究.计算机应用研究,2003(3):118-120
[86] 刘波,李冠英.Windows NT线程调度技术分析与应用.计算机工程,2001,27(6):171-173
[87] 王飞等.Windows应用程序的实时性编程技术.西安交通大学学报,2001,35(11):1163-1166
[88] 张鹏.关于Windows NT的线程调度模型.山东建筑工程学院学报,2001,16(4):16-18
[89] 达新宇,林家薇,张德纯.数据通信原理与技术.北京:电子工业出版社,2003
[90] 范逸之,江文贤,陈立元.C++Builder与RS-232串行通信控制.北京:清华大学出版社,2002[美] Jan
[91] Axelson.串行端口大全.北京:中国电力出版社,2001
[92] 李现勇.Visual C++串口通信技术与工程实践.北京:人民邮电出版社,2002
[93] 王佳庆.刘乐星.计算机串行通信总线标准及其特点.广州大学学报,2003,2(3):243-245
[94] 郭继燕,王遵立,王瑞光.USB总线现状及其未来发展.光机电信息,2003(1):33-37
[95] 刘益成.USB接口技术(续二)——USB通信.石油仪器,2002,16(3):58-60
[96] 李志伟.PC串口之秀——USB与IEEE1394.微型电脑应用,2003,19(2):1-2
[97] 龚义建.USB与IEEE1394的分析与比较.武汉理工大学学报,2003,23(5):77-80
[98] 蒋薇薇.黄志文.IEEE 1394火线技术与USB串行接口的比较.微机发展,2003,13(3):61-63
[99] 张大朴,李玉山等.一种基于IEEE-1394接口的数据采集系统的设计.计算机应用,2003,23(6):54-55
[100] 王志敏,王利荣等.基于特定帧格式的串行端口通信的研究.计算机工程,2003,29(1):209-211
[101] 肖毅,肖明.利用RS-232接口的通信协议.电子产品世界,2001,(7):63-64
[102] 颜波,张铁,谢存禧.辨析数据通信中常见的选择性问题.计算机工程与应用,2002,(6):146-147,151
[103] 李韬,王平.控制网络通信中差错控制系统的研究与实现.微机发展,2003,13(8):48-51
[104] 瞿中,袁威,徐问之.CRC算法在计算机网络通信中的应用.微机发展,2002,(2):12-14
[105] 戴新民,肖玲等.Windows 2000下应用串口通讯控制交流变频器.北京建筑工程学院学报,2002,18(4):72-76
[106] 陈静,童名文等.工控系统中VC++实现串行通讯的两种方法及其比较.自动化与仪器仪表,2003,(2):57-59
[107] 张志明,李蓉艳,王磊.Win32环境下串行通信编程技术研究.计算机应用研究,2002,(9):154-156
[108] 杨磊.Windows95串行通信的几种方式及编程.微型机与应用,2000(3):14-16
[109] 蒋明,李葆华.Win32系统下的串行通信.哈尔滨商业大学学报,2002,18(4):416-418,427
[110] 齐文,王勇前,曹志刚.用Visual C++实现工控设备多线程控制程序.电子技术应用 2001(3):13-16
[111] 王恒奎,边耐欣,王文,陈子辰.Windows环境下开放式数控系统伺服控制的研究.中国机械工程,2001,12(11):1259-1263
[112] 沈兵,黄健.Windows下的CNC实时多任务调度策略研究.机床与液压,2002(6):126-128
[113] 黄毅峰.支持阻塞与非阻塞模型且线程安全的环形缓冲的设计与实现.电脑编程技巧与维护,2003(11):51-54,68
[114] 谢明红,林碧,蔡伯阳.数控系统的点动控制.华侨大学学报,2001,22(1):61-64
[115] 樊留群,罗建军,姜迪刚.机床参考点的研究.机械制造,1997(6):9-10
[116] 胡月明.数控机床的开机回零及其故障诊断.贵州工业大学学报,2001,30(4):78-80