基于双核处理器平台的数控系统软件架构-中国科学院沈阳计算技术研究所.doc

基于RTCore平台的数控系统软件的设计与实现 郑玉虎1,2 1（中国科学院大学，北京 100039） 2（中国科学院 沈阳计算技术研究所，沈阳 110168） E-mail @ 摘要： 关键词：The Design and Implementation of Numerical-Control Software Based on RTCore Platform ZHENG Yu-hu1,2 1（University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039,China） 2（Shenyang Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110168, China) Abstract: Considering problems in real-time operating systems, and future requirement for CNC development, some theoretical research is done about CNC software design based on Dual-Core CPU platforms. Firstly basing on the RTCore Real Time system, this paper explored the thread modal design on Dual-Core platform and methods for allocating threads for cores. Then the RM algorithm is used to evaluate the schedulability of threads, and the thread modal is designed according to the schedulability and load-balance situation. Finally interrupt management is studied, and a way is proposed to dispatch interrupts to cores according to their importance. Problems and solutions presented in this paper have certain reference significance and practical value for designing CNC systems based on Dual/Multi-Core platforms. Key words: CNC；Real-Time；RTCore；Single-Core；Multi-Core；Software Architecture；Rate-Monotonic Algorithm 1 前言 1.1 背景介绍 当前“蓝天”数控系统所基于的开源RTLinux系统版本更新滞后，不支持较新的Linux内核。随着数控系统的不断发展，现有的单核硬件平台将成为一个局限，因此基于多核处理平台的数控系统将成为一个趋势。本文采用RTCore实时系统，研究了基于单核和双核处理器平台的数控软件设计与实现的有关问题。 1.2 RTCore和Workbench介绍 RTCore是基于Linux系统实现的一款硬实时操作系统，或者叫做实时内核。RTCore具有良好的实时性和可靠性，并且支持运行普通的Linux用户空间程序。RTCore采用“双内核”结构，最底层是RTCore实时内核，往上是Linux内核。所有的实时任务作为RTCore实时线程运行，而非实时任务则作为Linux内核模块和用户空间程序形式运行。 Workbench是一款适用于RTCore开发的集成开发平台，包含了各种各样的工具，覆盖软件设计、开发、调试、测试和部署的全过程。 针对实时任务的可调度性，应用最广泛的是速率单调（简称RM）算法。RM算法的可调度性判定公式为： 其中n为周期线程的数目，Ci是线程i的周期内最大运行时间，Ti是线程i的周期。只要单个处理器核心上所有的实时线程满足上面的条件，就是可调度的。假设某数控系统中的实时线程参数如下： 表Thread Period/us Exe Time/us TaskThread 4000 410 PLCThread 2000 327 emcmotTask 2000 1100 判定结果是，因而是不可调度的，这意味着在这种参数配置下，如果所有线程都安排到同个上，则线程无法按照预定的时间要求运行，低优先