智能化数控系统任务调度技术的研究与实现
发布时间：2022-12-04 22:55
随着计算机技术的高速发展,对传统制造业提出了新的要求,而制造业的“工作母机”—数控机床,代表着国家制造业的核心竞争力。长期以来,我国传统数控系统仍采用封闭式的体系结构和单核处理器,难以适应日益复杂的制造过程。因此,数控系统的智能化,开放化以及由单核向多核系统的转变自然成为了重中之重。本文以对称多核ARM开发板为实验平台,讨论数控系统智能化进程中的任务调度技术以及实时控制关键技术。首先,以采用Linux操作系统与对称多核ARM卡片式电脑作为软硬件平台,提出并实现了多核数控系统的软件框架,探讨了同构多核数控系统中任务的调度模式与详细机制,针对数控系统内任务与传统计算机任务特性的比较,制定了适用于多核数控系统任务执行需求的调度方案。其次,研究了适用于课题的软硬件环境,对Linux系统实时性进行了分析并实施了一种实时化改造方案。再次,基于对RCS库的研究探讨了分层控制系统细节实现以及CMS与NML技术对于实现模块化通信与分层实时控制的参考模型,并对本文构建的实时系统进行了性能测试。最后,为确保数控系统从单核到多核转变后的健壮性及鲁棒性,探讨、研究并制定了适用于多核数控系统的负载均衡方案,通过对...
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 数控技术的研究背景及发展趋势
1.2.1 数控技术的研究背景
1.2.2 数控技术的发展趋势
1.3 多核嵌入式数控系统的研究现状
1.3.1 多核处理器的发展
1.3.2 嵌入式数控系统的研究现状
1.4 研究内容和论文组织结构
第2章 基于多核ARM的数控系统软硬件结构研究
2.1 智能化数控系统的含义
2.2 开放式数控系统软硬件架构
2.3 蓝天NC-200 数控系统软硬件架构
2.4 蓝天GJ400 数控系统硬件平台
2.4.1 GJ400 数控硬件结构
2.4.2 SSB-Ⅲ现场总线
2.5 多核数控系统硬件架构设计
2.5.1 多核处理器
2.5.2 多核开发板
2.6 软件架构方案设计
2.6.1 嵌入式操作系统平台的选定
第3章 实时操作系统技术路线及Linux实时化改造
3.1 实时操作系统研究
3.1.1 实时操作系统
3.1.2 实时操作系统的体系结构
3.1.3 实时操作系统性能指标
3.2 Linux实时性的影响因素
3.3 Linux实时化改造方案
3.3.1 改进内核法
3.3.2 双内核改造法
3.3.3 采用的Linux实时化改造方案
第4章 多核嵌入式实时系统平台移植
4.1 宿主机的选择与移植
4.2 编译环境的移植
4.2.1 安装交叉编译工具链
4.2.2 安装依赖包
4.2.3 编译u-boot
4.2.4 编译Linux-3.0.35
4.2.5 制作根文件系统rootfs
4.3 安装Preempt_RT实时补丁
第5章 基于RCS库的分层控制系统
5.1 RCS库研究
5.2 CMS
5.3 NML
5.3.1 NML通信机制
5.3.2 NML消息
5.3.3 NML缓冲区
5.3.4 NML进程
5.3.5 对NML缓冲区的读写
5.4 基于RCS的分层实时控制系统
5.5 实时性能实验分析
第6章 多核系统实时任务调度技术
6.1 多核实时任务调度的特点和分类
6.1.1 多核实时任务调度的特点
6.1.2 多核实时任务调度的分类
6.2 多核实时任务调度算法分析
6.2.1 基于复制的任务调度算法
6.2.2 基于遗传算法的任务调度算法
6.2.3 基于粒子群算法的任务调度算法
6.2.4 基于滑动窗口的任务调度算法
6.2.5 性能测试与结果分析
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]实时多核嵌入式系统研究综述[J]. 陈刚,关楠,吕鸣松,王义. 软件学报. 2018(07)
[2]嵌入式Linux实时性改造技术综述[J]. 刘剑,仲宇,王琦. 航天控制. 2018(02)
[3]数控技术在机械制造中的应用与发展[J]. 姚建邦. 电子世界. 2014(10)
[4]任务及中断负载下实时操作系统性能评估研究[J]. 陈磊,蔡铭,史昆. 计算机工程与应用. 2014(17)
[5]基于ARM+DSP+FPGA+MCU的高速嵌入式数控系统研究[J]. 李松,李迪,翟振坤. 机床与液压. 2013(03)
[6]多核操作系统发展综述[J]. 李彦冬,雷航. 计算机应用研究. 2011(09)
[7]嵌入式数控系统的研究[J]. 冯习宾. 液压气动与密封. 2010(01)
[8]基于uCOS-II的嵌入式数控系统实时性分析[J]. 刘淼,王田苗,魏洪兴,陈友东. 计算机工程. 2006(22)
[9]基于RCS库构建分布式实时控制系统[J]. 梁红波. 信息与控制. 2006(05)
博士论文
[1]云计算任务调度策略研究[D]. 邓见光.华南理工大学 2014
[2]智能控制系统理论应用于数控设备的若干关键问题研究[D]. 史旭光.华南理工大学 2009
[3]任务间相互依赖的并行作业调度算法研究[D]. 马丹.华中科技大学 2007
[4]调度问题中的粒子群优化方法及其应用研究[D]. 刘志雄.武汉理工大学 2005
[5]实时系统中的任务调度技术研究[D]. 宾雪莲.国防科学技术大学 2004
[6]开放式实时系统的调度方法研究[D]. 邹勇.中国科学院研究生院（软件研究所） 2003
硕士论文
[1]基于LinuxCNC的工业机器人控制系统软件研究与开发[D]. 孙会会.华南理工大学 2016
[2]实时嵌入式系统开发平台的研究与设计[D]. 胡培尧.广东工业大学 2016
[3]凸轮轴磨床运动控制算法的设计及实现[D]. 耿琛垒.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2014
[4]嵌入式Linux系统内核实时性研究[D]. 龙飞.沈阳工业大学 2012
[5]高性能嵌入式数控系统通讯模块的设计与实现[D]. 林立明.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2012
[6]Linux内核进程调度算法的分析、研究与改进[D]. 刘磊.黑龙江大学 2011
[7]基于Xenomai的实时Linux嵌入式机器人控制平台设计[D]. 王延伟.山东大学 2011
[8]嵌入式操作系统实时性的分析与研究[D]. 秦玉华.青岛理工大学 2010
[9]基于RTLinux的数控系统任务控制器的设计与实现[D]. 安永康.哈尔滨工业大学 2010
[10]基于Linux的软件型开放式数控系统高速运动控制技术的研究[D]. 黄锥良.福州大学 2010
本文编号：3709146
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 数控技术的研究背景及发展趋势
1.2.1 数控技术的研究背景
1.2.2 数控技术的发展趋势
1.3 多核嵌入式数控系统的研究现状
1.3.1 多核处理器的发展
1.3.2 嵌入式数控系统的研究现状
1.4 研究内容和论文组织结构
第2章 基于多核ARM的数控系统软硬件结构研究
2.1 智能化数控系统的含义
2.2 开放式数控系统软硬件架构
2.3 蓝天NC-200 数控系统软硬件架构
2.4 蓝天GJ400 数控系统硬件平台
2.4.1 GJ400 数控硬件结构
2.4.2 SSB-Ⅲ现场总线
2.5 多核数控系统硬件架构设计
2.5.1 多核处理器
2.5.2 多核开发板
2.6 软件架构方案设计
2.6.1 嵌入式操作系统平台的选定
第3章 实时操作系统技术路线及Linux实时化改造
3.1 实时操作系统研究
3.1.1 实时操作系统
3.1.2 实时操作系统的体系结构
3.1.3 实时操作系统性能指标
3.2 Linux实时性的影响因素
3.3 Linux实时化改造方案
3.3.1 改进内核法
3.3.2 双内核改造法
3.3.3 采用的Linux实时化改造方案
第4章 多核嵌入式实时系统平台移植
4.1 宿主机的选择与移植
4.2 编译环境的移植
4.2.1 安装交叉编译工具链
4.2.2 安装依赖包
4.2.3 编译u-boot
4.2.4 编译Linux-3.0.35
4.2.5 制作根文件系统rootfs
4.3 安装Preempt_RT实时补丁
第5章 基于RCS库的分层控制系统
5.1 RCS库研究
5.2 CMS
5.3 NML
5.3.1 NML通信机制
5.3.2 NML消息
5.3.3 NML缓冲区
5.3.4 NML进程
5.3.5 对NML缓冲区的读写
5.4 基于RCS的分层实时控制系统
5.5 实时性能实验分析
第6章 多核系统实时任务调度技术
6.1 多核实时任务调度的特点和分类
6.1.1 多核实时任务调度的特点
6.1.2 多核实时任务调度的分类
6.2 多核实时任务调度算法分析
6.2.1 基于复制的任务调度算法
6.2.2 基于遗传算法的任务调度算法
6.2.3 基于粒子群算法的任务调度算法
6.2.4 基于滑动窗口的任务调度算法
6.2.5 性能测试与结果分析
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]实时多核嵌入式系统研究综述[J]. 陈刚,关楠,吕鸣松,王义. 软件学报. 2018(07)
[2]嵌入式Linux实时性改造技术综述[J]. 刘剑,仲宇,王琦. 航天控制. 2018(02)
[3]数控技术在机械制造中的应用与发展[J]. 姚建邦. 电子世界. 2014(10)
[4]任务及中断负载下实时操作系统性能评估研究[J]. 陈磊,蔡铭,史昆. 计算机工程与应用. 2014(17)
[5]基于ARM+DSP+FPGA+MCU的高速嵌入式数控系统研究[J]. 李松,李迪,翟振坤. 机床与液压. 2013(03)
[6]多核操作系统发展综述[J]. 李彦冬,雷航. 计算机应用研究. 2011(09)
[7]嵌入式数控系统的研究[J]. 冯习宾. 液压气动与密封. 2010(01)
[8]基于uCOS-II的嵌入式数控系统实时性分析[J]. 刘淼,王田苗,魏洪兴,陈友东. 计算机工程. 2006(22)
[9]基于RCS库构建分布式实时控制系统[J]. 梁红波. 信息与控制. 2006(05)
博士论文
[1]云计算任务调度策略研究[D]. 邓见光.华南理工大学 2014
[2]智能控制系统理论应用于数控设备的若干关键问题研究[D]. 史旭光.华南理工大学 2009
[3]任务间相互依赖的并行作业调度算法研究[D]. 马丹.华中科技大学 2007
[4]调度问题中的粒子群优化方法及其应用研究[D]. 刘志雄.武汉理工大学 2005
[5]实时系统中的任务调度技术研究[D]. 宾雪莲.国防科学技术大学 2004
[6]开放式实时系统的调度方法研究[D]. 邹勇.中国科学院研究生院（软件研究所） 2003
硕士论文
[1]基于LinuxCNC的工业机器人控制系统软件研究与开发[D]. 孙会会.华南理工大学 2016
[2]实时嵌入式系统开发平台的研究与设计[D]. 胡培尧.广东工业大学 2016
[3]凸轮轴磨床运动控制算法的设计及实现[D]. 耿琛垒.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2014
[4]嵌入式Linux系统内核实时性研究[D]. 龙飞.沈阳工业大学 2012
[5]高性能嵌入式数控系统通讯模块的设计与实现[D]. 林立明.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2012
[6]Linux内核进程调度算法的分析、研究与改进[D]. 刘磊.黑龙江大学 2011
[7]基于Xenomai的实时Linux嵌入式机器人控制平台设计[D]. 王延伟.山东大学 2011
[8]嵌入式操作系统实时性的分析与研究[D]. 秦玉华.青岛理工大学 2010
[9]基于RTLinux的数控系统任务控制器的设计与实现[D]. 安永康.哈尔滨工业大学 2010
[10]基于Linux的软件型开放式数控系统高速运动控制技术的研究[D]. 黄锥良.福州大学 2010
本文编号：3709146
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