http://www.paper.edu.cn基于Web的嵌入式数控系统实现何剑兰武汉理工大学信息工程学院，武汉（430070）E-mail：hejianlan@tom.com摘要：嵌入式技术和网络技术飞速发展，使得数字制造又有了新的发展空间。本文通过分析传统的数控系统，提出了一种基于Web的嵌入式数控系统，通过B/S模式来控制机床操作。利用网络技术来远程控制数控机床，既避免了车间恶劣的工作环境，又实现了制造信息的共享。关键词：嵌入式数控系统；Web；TCP/IP中图分类号：TP3931.引言当前，基于通用PC的开放式数控技术已经达到了一个很高的水平,但是，这种基于通用PC的数控系统存在着一些无法回避的问题。硬件方面，首先，它不是针对工业控制所需要的实时控制而设计，不能满足实时控制的要求。软件方面，目前PC机最普遍的操作系统是Windows，不具有自主知识产权，不利于我们进行自主开发。而嵌入式技术既能满足工业控制的实时性要求，又降低了成本，同时允许我们进行软、硬件开发。同时，网络化是未来数控系统发展的趋势。在这种模式下，网络化数控系统则是一种重要的企业底层基础控制系统，它可实现远程监控和远程服务，可进行异地加工信息的采集和故障诊断，由其装备的制造设备将成为全球性制造资源，可极大地提高企业敏捷化程度[1]。利用以太网来远程控制多机床操作，既避免了车间恶劣的工作环境，又实现了制造信息的共享。因此，基于网络的嵌入式数控系统必将成为未来数字制造的发展方向。2.嵌入式数控系统结构本系统采用S3C44B0X作为主控芯片，DSP2812来进行插补运算以及伺服电机的控制，机床则采用的三轴数控铣床。系统模块图如图1所示。软件方面，采用了多任务嵌入式操作系统µC/OS-Ⅱ，TCP/IP协议栈是lwIP，在此基础上设计了嵌入式Web服务器。浏览器ARM7DSP数控铣床客户端图1嵌入式数控系统模块图2.1嵌入式操作系统单任务数控系统的软件设计结构通常通过一个无限循环来判断任务的标志量，通过中断来激活新的任务，进入固定的任务中断程序入口，来实现任务的调度。在这种调度方式下，系统的大多数时间被任务等待的无限循环占据，无法进行任务之间有效的上下文切换，导致了系统的实时性十分不可靠。µC/OS-Ⅱ是当前得到广泛应用的公开源码的嵌入式操作系统之一，由JeanJ.labrosse编写。在系统中嵌入µC/OS-Ⅱ，可以把整个程序分成许多任务，每个任务相对独立，然后在每个任务中设置超时函数，时间用完以后，任务必须交出CPU的使用权。选用多任务嵌入式操作系统µC/OS-Ⅱ有利于数控系统的实时响应，能够促进数控系-1-http://www.paper.edu.cn统整体性能的提升，提高系统的可靠性。2.2µC/OS-Ⅱ特点（1）多任务运行µC/OS-Ⅱ可以管理多达64个任务，除了系统内核保留的4个最高优先级任务和4个最低任务外，用户可以在程序中建立56个任务。程序中各任务的调用是依据任务的优先级，因此各任务的优先级是不同的。典型地、每个任务都是一个无限的循环。每个任务都处在以下5种状态之一的状态下，这5种状态是休眠态，就绪态、运行态、挂起态(等待某一事件发生)[3]和被中断态。其任务状态切换图如下。挂起中断休眠就绪运行图2任务状态切换图(2)可剥夺型内核当系统响应时间很重要时，要使用可剥夺型内核。可剥夺型内核总是让就绪态的高优先级的任务先运行，中断服务程序可以抢占CPU，到中断服务完成时，内核让此时优先级最高的任务运行。(3)µC/OS-Ⅱ提供了信号量(Semaphore),邮箱(MailBox)和消息对列(MessageQueue)以上三种方法分别完成任务与终端程序间通信，任务与任务间通信以及多个任务对共享资源的互斥访问。3.TCP/IP协议栈TCP/IP其实指的是和具体TCP和IP协议相关的任何事物，它可以包含其他的协议(如UDP,ARP和ICMP)、应用(如TELNET,FTP和HTTP)甚至网络介质。所以TCP/IP是一组协议的代名词。lwIP是瑞士计算机科学院（SwedishInstituteofComputerScience）的AdamDunkels等开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP/IP协议栈，它是一套用于嵌入式系统的轻量级（lightweight）TCP/IP协议栈，包括TCP，UDP，ICMP，IP，ARP，DHCP协议。lwIP既可以移植到操作系统上,又可以在无操作系统的情况下独立运行.lwIP在软件和操作系统之间增加了一个操作系统封装层，操作系统封装层为操作系统服