基于Windows的開放結(jié)構(gòu)控制平臺(tái)及應(yīng)用研究.pdf

1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文基于Windows的開放結(jié)構(gòu)控制平臺(tái)及應(yīng)用研究姓名：武洪恩申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：張承瑞20070331山東大學(xué)博士學(xué)位論文內(nèi)核開放的目的。給出了CNC內(nèi)核訪問組件接口的IDL(InterfaceDefinitionLanguage)語言定義。WOAP平臺(tái)達(dá)到了開放體系結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)內(nèi)核層次的開放。現(xiàn)場總線的應(yīng)用使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的變革，同時(shí)為開放結(jié)構(gòu)控制平臺(tái)的在較大范圍內(nèi)選

2、擇和配置硬件提供了一個(gè)有效的渠道。參考目前市場上典型的運(yùn)動(dòng)控制現(xiàn)場總線SERCOS，以及國家標(biāo)準(zhǔn)《控制與驅(qū)動(dòng)裝置間實(shí)時(shí)串行通信數(shù)據(jù)鏈路》，對(duì)王恒提出的SCOM(serialCOmmunicationBusinMotioncontr01)現(xiàn)場總線進(jìn)行了更新，實(shí)現(xiàn)了適合于Windows平臺(tái)應(yīng)用的新的運(yùn)動(dòng)控制現(xiàn)場總線——實(shí)時(shí)串行通訊總線RTSB(RealTimeSerialcommunicationBus)。給出了網(wǎng)絡(luò)的廣播型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立了

3、現(xiàn)場總線的互連參考模型，采用異步串行通訊的物理層協(xié)議j參考OSI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)制定了RTSB的報(bào)文結(jié)構(gòu)及內(nèi)容。給出了現(xiàn)場總線訪問子層中的總線通訊時(shí)序、同步機(jī)制、錯(cuò)誤處理、系統(tǒng)初始化過程。給出了RTSB主控卡的電氣原理圖，用戶接口層API以及Windows平臺(tái)驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)。提出一種全新的總線設(shè)備枚舉方法，便于系統(tǒng)為總線設(shè)備動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)地址，避免了由于適配卡使用固定地址帶來的系統(tǒng)管理弊端。RTSB不但解決了

4、傳統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)中的問題并為實(shí)現(xiàn)下一代數(shù)字驅(qū)動(dòng)器接口提供了途徑，而且解決了非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的實(shí)時(shí)控制問題，同時(shí)也可以消除實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)定時(shí)基準(zhǔn)抖動(dòng)引起的控制系統(tǒng)時(shí)間的漂移，為實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的高速、高精度性能奠定了基礎(chǔ)。對(duì)Windows操作系統(tǒng)的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)分析知道，Windows將中斷處理過程分做兩步進(jìn)行。就像在高性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中一樣，在直接中斷處理那一步中的各個(gè)中斷服務(wù)程序ISR(LntorruptServiceRoutine)都

5、很短，Windows的中斷延遲與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的中斷延遲差不多。Windows是一個(gè)優(yōu)秀的通用操作系統(tǒng)平臺(tái)，但由于它在中斷處理、線程調(diào)度、虛存系統(tǒng)等各方面充分考慮了弱實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求，具有延遲過程調(diào)用DPC、內(nèi)核完全可被搶先等機(jī)制，能夠提供非常高的系統(tǒng)吞吐率和很低中斷響應(yīng)延遲，其內(nèi)核硬件中斷延遲與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的中斷延遲差不多，因而可以通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力。采用運(yùn)行于內(nèi)核態(tài)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)擴(kuò)展，可以滿足系統(tǒng)中