基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用研究

发布时间：2017-04-30 17:14

  本文关键词：基于多核ARM的实时Linux在数控系统中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：装备制造业的不断发展对数控机床提出了越来越高的要求,数控系统作为数控机床的控制中枢,对设备总体功能和性能有着巨大的影响。目前主流的基于嵌入式处理器的数控系统普遍采用单核ARM平台,但由于单核处理器本身的能力有限,在提升数控系统性能方面遇到了一些瓶颈,在这种情况下,通过多核平台来解决单核遇到的问题具有重要的现实意义。本文选择Linux操作系统作为数控系统的软件基础,研究了多核ARM平台在数控系统上的应用。本文简要叙述了课题研究的背景及意义,以及数控系统与多核处理器的研究现状;分析了Linux操作系统在实时方面的不足,深入研究了Linux操作系统的实时改造方案,重点研究了实时抢占补丁的实现原理,并将该补丁移植到多核ARM平台。在此基础上,分析了数控系统实时任务的特点,提出了一种实时任务与特定CPU核绑定的调度方案,并采用改进的延迟单调速率调度策略调度数控系统实时任务。最后,利用嵌入式版本的Qt,即Qt Embedded开发了数控系统图形界面,编写了逐点法直线插补算法,实现基本的插补功能。实验测试结果表明,本文构造的系统能够有效地提高数控系统任务调度的实时性,为进一步缩短插补周期、提高加工效率创造了条件。
【关键词】：多核ARM Linux系统 实时性 数控系统
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659;TP316.81
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 引言9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 数控系统研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 多核数控系统研究的目的和意义13-15
• 1.3.1 多核处理器的发展历程14-15
• 1.3.2 多核处理器在数控系统研究中的意义15
• 1.4 本文的研究内容和论文组织结构15-17
• 第二章 实时操作系统概述17-27
• 2.1 实时系统的相关概念17
• 2.2 实时操作系统17-22
• 2.2.1 实时操作系统概述17-19
• 2.2.2 实时操作系统性能的测试指标19-22
• 2.3 Linux操作系统22-26
• 2.3.1 Linux操作系统概述22-23
• 2.3.2 Linux操作系统实时性分析23-24
• 2.3.3 Linux操作系统实时化改造方案24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 实时抢占补丁研究27-38
• 3.1 实时抢占补丁概述27-29
• 3.2 实时抢占补丁关键技术研究29-34
• 3.3 实时抢占补丁的移植34-37
• 3.3.1 目标平台与环境搭建34-36
• 3.3.2 实时抢占补丁移植36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 数控系统实时任务调度38-50
• 4.1 数控系统实时任务38-39
• 4.2 多核ARM的调度系统设计39-41
• 4.2.1 Linux内核的调度系统39-40
• 4.2.2 改进的任务调度系统40-41
• 4.3 数控系统实时任务调度算法41-44
• 4.3.1 单调速率调度算法41
• 4.3.2 基于延迟的单调速率算法41-42
• 4.3.3 改进的单调速率调度算法42-44
• 4.4 RM算法和改进的DRM算法实现44-49
• 4.4.1 RM算法实现44-46
• 4.4.2 改进的DRM算法实现46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 数控系统软件设计与实现50-58
• 5.1 数控系统软件结构50-51
• 5.2 图形界面开发51-55
• 5.2.1 Qt Embedded简介51-53
• 5.2.2 Qt Embedded开发环境搭建53-54
• 5.2.3 数控系统图形界面设计与实现54-55
• 5.3 插补算法设计与实现55-57
• 5.3.1 插补算法简介55
• 5.3.2 逐点比较直线插补算法55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第六章 系统性能测试与分析58-65
• 6.1 测试工具58
• 6.2 Linux系统实时性能测试58-61
• 6.2.1 中断响应时间测试58-59
• 6.2.2 上下文切换时间测试59-60
• 6.2.3 时间精度测试60-61
• 6.3 数控系统实时任务调度测试61-62
• 6.3.1 上下文切换次数测试61-62
• 6.3.2 逐点法直线插补算法测试62
• 6.4 图形交互界面测试62-64
• 6.5 本章小结64-65
• 结束语65-66
• 参考文献66-69
• 发表文章69-70
• 致谢70

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1 ;多种数控系统钻孔循环编程的比较[J];计算机辅助设计与制造;2000年11期

2 孙季初;用于高速加工的数控系统[J];世界制造技术与装备市场;2000年03期

3 韩江,赵福民,王治森,吴焱明;网络数控系统的概念及其技术内容[J];中国机械工程;2001年10期

4 李雪文;数控系统特殊故障排除三例[J];机床电器;2001年04期

5 陆红伟,汪木兰;数控系统实验装置的研制[J];南京工程学院学报;2001年01期

6 张运泰,王利;多种数控系统钻孔循环编程的比较[J];机械工人.冷加工;2001年01期

7 ;数控系统的种类和用途[J];机械工人.冷加工;2001年05期

8 李莹,王炳升;开放化的数控系统[J];机械工人.冷加工;2001年11期

9 李宏胜;现代数控系统的技术特点与发展趋势[J];制造业自动化;2002年11期

10 赖国庭,吴玉厚,富大伟,张俊萍;数控系统的发展趋势及若干问题的探讨[J];机械与电子;2002年06期

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1 丁文飞;孙永全;郭建英;;数控系统故障模式模糊风险分析[A];2009年全国机械可靠性技术学术交流会暨第四届可靠性工程分会成立大会论文集[C];2009年

2 邹方;薛汉杰;刘强;;数控系统的网络支持技术[A];《制造业自动化与网络化制造》学术交流会论文集[C];2004年

3 邹方;薛汉杰;刘强;;数控系统的网络支持技术[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年

4 陈道君;米玉华;;840D数控系统用于两地控制的改造技术[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年

5 林波;周尚荣;林培辉;;基于数控系统网络化通信的对比研究[A];先进制造技术论坛暨第五届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2006年

6 王太勇;李宏伟;汪文津;赵巍;李波;;基于嵌入式架构自治模型的数控系统智能化平台的研究[A];全面建设小康社会：中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集（上）[C];2003年

7 刘清建;王太勇;刘振忠;吴荣宗;王润;;数控系统在机状态监测与远程监控研究[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年

8 雒补清;;西门子802D数控系统典型故障分析研究[A];2009年促进中部崛起专家论坛暨第五届湖北科技论坛——装备制造产业发展论坛论文集（下）[C];2009年

9 韩向春;李浩;;数控系统程序编辑器的设计与实现[A];《制造业自动化与网络化制造》学术交流会论文集[C];2004年

10 韩向春;李浩;;数控系统程序编辑器的设计与实现[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年

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1 功山;数控系统确立“十一五”目标[N];中国工业报;2006年

2 徐虹;多通道模块数控系统问世[N];科技日报;2005年

3 金石;日数控系统涨价 台机床业面临成本压力[N];中国工业报;2011年

4 亓娟;泰钢能源数控系统运行稳定[N];中国冶金报;2012年

5 乔立;谁将是中国数控系统第一品牌[N];中国机电日报;2002年

6 苏静 缪金元;数控系统实现智能化开放式[N];中国航天报;2000年

7 见习记者 严曼青;中低端数控系统 从独行侠到众人行[N];机电商报;2005年

8 李本禹;中国要发展自己的高端数控系统[N];机电商报;2005年

9 本报记者 胥娟;国产数控系统路在何方[N];机电商报;2005年

10 赵立新;中国机床呼唤“中国大脑”数控系统产业共图发展大计[N];机电商报;2005年

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1 黄祖广;基子功能安全的数控系统设计方法及关键技术研究[D];山东大学;2015年

2 王涛;数控系统的可靠性设计理论和方法研究[D];天津大学;2008年

3 王文斌;嵌入式可重构数控系统及其关键技术研究[D];上海大学;2007年

4 乔巍巍;数控系统可靠性建模及熵权模糊综合评价[D];吉林大学;2008年

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6 刘清建;数控系统运动控制及运行优化[D];天津大学;2010年

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1 叶蕾;基于uC/OS-II和ARM9的嵌入式数控系统人机接口研究[D];华南理工大学;2015年

2 徐恺;国产数控系统通信机制及软件研究与实现[D];中国地质大学(北京);2015年

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5 马军;数控机床VMC850E的数控系统改造[D];电子科技大学;2014年

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9 王兵强;基于运动控制卡的数控实验台数控系统研究[D];青岛大学;2015年

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