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基于Windows CE的激光切割機開(kāi)放式數控系統的研究
作者：
時(shí)間：2013-06-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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前言
Windows CE是微軟公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)開(kāi)放、可升級的32位嵌入式操作系統。與Windows 95 /98、WindowsNT不同的是，Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開(kāi)發(fā)的嵌入式新型操作系統、其操作界面雖來(lái)源于Windows 95 /98，但Windows CE是基于Win32 AP I重新開(kāi)發(fā)的、新型的信息設備平臺。Windows CE具有模塊化、結構化和基于Win32應用程序接口以及與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)[ 1 ] 。微軟在2002 年推出了新一代Windows CE. NET后，其性能有了更進(jìn)一步的提高，支持藍牙技術(shù)、支持TCP / IPv6，并在實(shí)時(shí)多任務(wù)控制領(lǐng)域得到了成功的應用[ 2 ]。相對于DOS，Windows CE. NET是運行于保護模式的多線(xiàn)程32位操作系統，特別適合數控系統的多任務(wù)并行機制，而它的內存保護功能對于數控系統的穩定性具有重要意義： 相對Windows桌面操作系統，Windows CE. NET是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，其獨特體系結構和運行機制使其能夠快速響應外部中斷觸發(fā)，并調度相關(guān)應用程序進(jìn)行處理[ 3 ] ，因此它可以滿(mǎn)足數控系統的實(shí)時(shí)性要求。Win2dows CE. NET是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統，它提供了實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)所需的重要技術(shù)，其中包括:
(1) 256級線(xiàn)程優(yōu)先權為在嵌入式系統內控制
線(xiàn)程時(shí)序提供更大的靈活性。
(2)中斷嵌套允許更高優(yōu)先級的中斷立刻被執行而不必等到較低優(yōu)先級的中斷服務(wù)程序執行完畢。內核能嵌套CPU所支持的全部數量的中斷服務(wù)程序。
(3)每一線(xiàn)程的時(shí)間片允許應用程序在多線(xiàn)程原則上設置時(shí)間片，這就意味著(zhù)能夠使調度程序適應應用程序的當前要求。
(4)優(yōu)先權倒置是指當兩個(gè)線(xiàn)程競爭同一個(gè)資源時(shí)，資源被低優(yōu)先級的線(xiàn)程占用而拖延了高優(yōu)先級線(xiàn)程的執行的情形。為了糾正這種情形并釋放高優(yōu)先級的線(xiàn)程，Windows CE允許低優(yōu)先級線(xiàn)程繼承更加緊急的線(xiàn)程優(yōu)先級并且以更高的優(yōu)先級來(lái)運行直到它釋放它所占用的資源。
1.Windows CE系統開(kāi)發(fā)平臺的定制
為了使用戶(hù)可以方便的將Windows CE轉向一個(gè)新的硬件平臺，微軟提供了完整的開(kāi)發(fā)工具p latformbuilder 4. 2，它包括了一些必需的工具，以便開(kāi)發(fā)人員可以為組件化的操作系統版本創(chuàng )建特定平臺的軟件開(kāi)發(fā)包( SDK) 。平臺向導( Platform Wizard)允許開(kāi)發(fā)人員根據將要創(chuàng )建設備的類(lèi)型簡(jiǎn)便快捷地建立新的平臺，參見(jiàn)圖1。 
圖1Windows CE系統平臺定制示意圖
要創(chuàng )建一個(gè)基于Windows CE. NET的操作系統平臺，必須經(jīng)過(guò)下面幾個(gè)步驟: ①選擇一個(gè)標準的開(kāi)發(fā)板( SDB ) 來(lái)創(chuàng )建Windows CE 平臺。②使用平臺向導(Platform Wizard)中備選的設備及目錄中所列舉的特征對平臺進(jìn)行定制。③Build 并生成鏡像文件( im2age) 。④將平臺下載到目標設備，調試平臺。⑤平臺創(chuàng )建完畢，輸出軟件開(kāi)發(fā)工具包( SDK) 。
定制平臺時(shí)，用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)自己的OEM硬件適配層(OAL) ，OAL是處于Windows CE系統內核與目標設備硬件之間，用來(lái)抽象硬件功能的連接層，實(shí)現操作系統的可移植性。OEM硬件適配層分為OEM抽象層和設備驅動(dòng)程序兩部分。
硬件開(kāi)發(fā)平臺是用于模擬嵌入式系統設備的目標設備，可用于開(kāi)發(fā)、調試和驗證定制平臺的性能。Plat2form Builder支持基于PC機的硬件開(kāi)發(fā)平臺(CEPC) ，CEPC是最靈活的Windows CE設備，很適用于嵌入式系統的開(kāi)發(fā)調試階段。
2.開(kāi)放式激光切割機數控系統的總體設計和實(shí)現
2.1數控激光切割機的組成 
圖2 激光加工系統示意圖
數控激光切割機由激光切割機主機、CO2激光器、水冷機、外光路系統、數控系統及自動(dòng)編程軟件等組成[ 4 ] (見(jiàn)圖2) 。其中激光器及外光路系統是數控激光切割機的關(guān)鍵配套部件，其性能指標將直接影響激光切割板材的切割質(zhì)量，而激光切割機主機則是實(shí)現激光進(jìn)行優(yōu)質(zhì)切割的載體。所以，對數控激光切割機主機的開(kāi)發(fā)設計顯得尤為重要。
2.2基于工業(yè)PC機的開(kāi)放式數控系統的分析與構造
隨著(zhù)近年來(lái)計算機技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)PC機和模塊化的集成電路逐漸進(jìn)入數控領(lǐng)域， PC機以其特有的開(kāi)放性成為開(kāi)放式數控系統的基礎，它豐富了數控系統的硬、軟件資源，有利于實(shí)現總線(xiàn)式、模塊化、開(kāi)放化的數控系統，該系統利用流行的操作系統平臺作支撐，采用標準的應用開(kāi)發(fā)環(huán)境，具有較好的互操作性、移植性、互換性和伸縮性，展現了良好的開(kāi)放性能，同時(shí)又具有方便、靈活的特點(diǎn)。同時(shí)充分利用Windows CE強大的圖形界面功能、多線(xiàn)程機制和多媒體定時(shí)器來(lái)解決數控軟件的實(shí)時(shí)多任務(wù)處理能力，其良好的軟硬件兼容能力能夠實(shí)現建立在標準總線(xiàn)基礎上的模塊化開(kāi)放式數控系統。開(kāi)放式數控系統可采用分層的體系結構，如圖3所示。各層之間實(shí)現隔離，層與層之間通過(guò)標準的接口進(jìn)行通訊，實(shí)現了開(kāi)放式控制系統應有的分層體系結構，使數控軟件易于組裝、擴充和維護。第一層為管理層。它是系統的界面部分，可完成系統的管理、顯示、診斷和監控。通過(guò)響應狀態(tài)選擇控件產(chǎn)生的不同消息來(lái)進(jìn)行不同界面之間的切換，其調用操作由操作系統管理完成。
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