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國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)CPU正在替代進(jìn)口
發(fā)布時(shí)間:2013-06-07  來源:中國機(jī)床網(wǎng) 

  數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”,而CPU、基于CPU芯片的數(shù)控系統(tǒng)控制板卡、操作系統(tǒng)以及數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線等軟硬件平臺(tái)則是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái),是決定“大腦”性能的關(guān)鍵部件。目前,國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)CPU被國外產(chǎn)品所壟斷,因此在器件采購、應(yīng)用軟件的升級、數(shù)控成套裝備的集成方面都受制于國外公司,嚴(yán)重制約了國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)性能與可靠性的提高。

  為了給數(shù)控機(jī)床安上純正的“中國腦”,中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所有限公司(以下簡稱沈陽計(jì)算所)承擔(dān)了高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備國家科技重大專項(xiàng)的基于國產(chǎn)龍芯CPU芯片的高檔數(shù)控裝置、開放式數(shù)控系統(tǒng)支撐技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)等多項(xiàng)課題,成功解決了基于國產(chǎn)微處理芯片與現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng)開放問題,使國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床安裝“中國腦”不再是夢想。

  從牽著走到領(lǐng)著跑

  數(shù)控系統(tǒng)長期受制于人是中國數(shù)控機(jī)床業(yè)的短板。通過攻關(guān),沈陽計(jì)算所成功建立了統(tǒng)一硬件抽象層概念和跨平臺(tái)統(tǒng)一通訊建模方法和通訊機(jī)制,開發(fā)了數(shù)控軟件的龍芯平臺(tái)跨平臺(tái)編譯運(yùn)行技術(shù)以及基于自動(dòng)配置的多平臺(tái)編譯技術(shù)。

  為了使數(shù)控軟件與系統(tǒng)硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)解耦合,進(jìn)一步跨平臺(tái),沈陽計(jì)算所提出了統(tǒng)一硬件抽象層的概念HAL(Hardware Abstraction Layer)。HAL硬件抽象層隱藏了不同數(shù)控硬件平臺(tái)的硬件接口細(xì)節(jié),為上層的系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定的虛擬硬件平臺(tái),使數(shù)控系統(tǒng)軟件具有與硬件無關(guān)的特性,從而達(dá)到可在多種平臺(tái)上進(jìn)行跨平臺(tái)移植的目的,進(jìn)一步保證系統(tǒng)的可伸縮性和可擴(kuò)展性。同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)不同模塊之間的跨平臺(tái)通訊,沈陽計(jì)算所設(shè)計(jì)了龍芯高檔數(shù)控硬件平臺(tái),通過增加系統(tǒng)中處理器/控制器的數(shù)量,大大提高了平臺(tái)計(jì)算能力。

  針對高、中檔數(shù)控系統(tǒng)的用戶需求不同,沈陽計(jì)算所采用平臺(tái)抽象層屏蔽操作系統(tǒng)調(diào)用接口的差異;采用多平臺(tái)的編譯技術(shù)解決數(shù)控軟件的跨硬件平臺(tái)兼容性;采用統(tǒng)一通信庫實(shí)現(xiàn)數(shù)控軟件模塊間的跨平臺(tái)通信等關(guān)鍵技術(shù),保證了數(shù)控軟件一次設(shè)計(jì),可以在x86、龍芯、ARM等不同硬件平臺(tái)和不同操作系統(tǒng)上無縫編譯運(yùn)行。在數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過程中,沈陽計(jì)算所將與硬件相關(guān)的代碼封裝為硬件抽象層,實(shí)現(xiàn)硬件平臺(tái)特性代碼與軟件功能代碼分離。

  從創(chuàng)新技術(shù)到批量應(yīng)用

  課題不僅解決了基于國產(chǎn)龍芯處理器的跨平臺(tái)技術(shù),還開發(fā)出多通道多軸聯(lián)動(dòng)及復(fù)合加工控制、高速程序預(yù)處理、智能故障診斷與遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)控總線協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù),制定了國內(nèi)首部具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)控總線技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)。

  基于國產(chǎn)龍芯處理器芯片的藍(lán)天數(shù)控系統(tǒng)是課題繁衍出的重要產(chǎn)品。它的成功研制,顯著提升了我國數(shù)控裝置的自主化程度、產(chǎn)業(yè)化水平。

  藍(lán)天數(shù)控系統(tǒng)采用國產(chǎn)龍芯處理器芯片和自主產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線,可擴(kuò)展多種總線和傳感器接口,功能和性能達(dá)到了國際高檔數(shù)控系統(tǒng)先進(jìn)水平,但較國外同類產(chǎn)品用戶使用成本大幅降低,可以廣泛應(yīng)用于機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線、柔性制造等領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了自主可控的軟硬件平臺(tái)在工業(yè)控制領(lǐng)域的批量應(yīng)用,進(jìn)一步提高了國產(chǎn)裝備制造業(yè)的競爭力和自主可控性。

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