基于模型驅動開發(fā)方法的開放式結構計算機數控系統的研究.pdf

1、二十一世紀的制造業(yè)所面對的快速多變的市場環(huán)境，產品上市周期的大為縮短，用戶需求的個性化、多樣化等等，這無疑給制造業(yè)帶來前所未有的壓力和競爭。作為制造業(yè)的基礎關鍵設備——數控機床在一定程度上決定著我國制造業(yè)的水平，而數控機床的中樞控制系統——計算機數控系統(CNC)的性能又直接影響甚至決定著數控機床的綜合性能。在制造業(yè)面臨激烈的競爭和壓力的同時，科學技術的快速發(fā)展、經濟發(fā)展的日益全球化也給制造業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。為此，本文確立了利用最

2、新的計算機軟硬件技術開發(fā)新一代的開放式結構CNC的研究目標，以改變現有封閉式體系結構CNC難以適應快速多變的市場需求?！　”疚脑趯y一建模語言(UML)的體系結構、建模理論的研究基礎之上，結合傳統的軟件迭代開發(fā)生命周期模型，構建了面向對象的CNC模型驅動快速開發(fā)過程。全文以此過程為主線，將CNC的軟件開發(fā)分為分析、設計、實現和測試四個階段，并以CNC的手動操作為例，采用實時嵌入式系統建模工具Rhapsody(R)，詳細介紹了模型驅動開

3、發(fā)方法在CNC軟件開發(fā)中的具體應用。該過程同樣可應用于采用主從式結構的其它類型控制器的開發(fā)。模型驅動開發(fā)方法的率先應用將CNC軟件開發(fā)的抽象層次由傳統的代碼層提升到了模型層，以使開發(fā)者可以更加專注于所要解決的領域問題，而不是繁鎖的程序代碼，實現了在模型層就可以對系統功能進行測試和驗證；由UML模型所自動生成的代碼是基于實時框架技術的可以高效地運行于目標平臺的代碼，并且模型與代碼之間可以保持自動關聯，因而不但解決了傳統系統模型與系統實現之

4、間往往存在脫節(jié)的問題，每次迭代開發(fā)的生命周期也大為降低，對所開發(fā)出的軟件的質量有著必要的保障。采用模型驅動開發(fā)方法，本文通過多次迭代開發(fā)出經過單元測試的運動控制器、輔助設備控制器、數控代碼檢查器、數控代碼解釋器等單元UML模型。然后通過系統集成測試將這些單元集成起來，完成了一個具有軟件模塊化、可裁剪、可重用、跨平臺、易維護、可根據用戶需求進行動態(tài)重配置的開放式結構CNCUML模型。通過運用UML2.0中新增的組合類、狀態(tài)圖繼承、端口和語

5、義更加精確化的接口(細分為供給型和需求型)等建模元素，使得該模型在跨平臺應用時可以實現高度重用，例如在Win98/2k、WindowsCE.NET兩種平臺下應用時，只有兩個和硬件相關的類不能直接重用，其它的模型元素經過平臺相關的編譯之后都可以直接重用，同時對系統的擴展或維護也可以很方便地直接在模型設計層進行。在對UML實時建模和實時調度相關理論研究的基礎之上，本文首次基于CNCUML模型對CNC的相關實時任務進行了可調度性分析。其方法為

6、，首先使用UML實時特征文件包中的構造型、標簽值將所要進行可調度性分析的實時任務相關屬性(Qos：QualityofService)在CNCUML模型中標識出來。然后通過VBA(VisualBasicApplication)將CNCUML模型與實時可調度性分析工具RapidRMATM有機結合的方式，可調度性分析結果可以自動反饋至CNCUML模型中。這種方式的應用可以在實時系統的分析、設計、系統實現后等多個階段很容易地對實時系統的可調度性

7、進行分析，并解決了實時系統傳統開發(fā)方法中存在功能和性能相脫節(jié)的問題。文中以CNC的自動操作為例介紹了CNC多任務實時可調度性分析的過程。最后對本文所開發(fā)出的CNCUML模型在我們自行研制的數控測試平臺上進行了仿真驗證。該平臺采用嵌入式單板計算機通過PC104總線和基于DSP的運動控制卡/IO卡進行實時通信的主從式結構。運行于嵌入式單板計算機上的操作系統采用WindowsCE.NET實時操作系統。這種結構的CNC相比傳統的CNC在硬件模塊