引言

　　自1952 年第一臺數(shù)控機(jī)床誕生以來，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。進(jìn)入90 年代后，基于個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的數(shù)控系統(tǒng)（簡稱PCNC）成為第六代數(shù)控系統(tǒng)的代表。作為CNC 發(fā)展的主要方向，PCNC 有成本低、開放性強(qiáng)、軟件開發(fā)環(huán)境完備、軟件資源豐富和良好的通訊功能等特點(diǎn)。從組成類型來看，目前“軟件NC”和“NC 嵌入PC”是PCNC的主流形式。所謂“軟件NC”，就是“CNC 的功能處理全產(chǎn)由PC 進(jìn)行，并通過裝在PC 擴(kuò)展插槽中的接口卡對伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。其優(yōu)點(diǎn)是編程處理相當(dāng)靈活，數(shù)控軟件的通用性強(qiáng)。缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)處理比較困難，可靠性待進(jìn)一步研究。目前，實(shí)時(shí)處理能力是制約PCNC 展的重要因素。在PC 的操作系統(tǒng)中，MS - DOS 是一個(gè)非實(shí)時(shí)單任務(wù)內(nèi)核，Windows95 并不實(shí)時(shí)能系統(tǒng)的數(shù)控實(shí)時(shí)性能只能依賴系統(tǒng)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)來保證。

1 數(shù)控軟件的實(shí)時(shí)性

　　PCNC 軟件系統(tǒng)一般都包括：讀取處理后的NC文件→譯碼→軌跡插補(bǔ)計(jì)算→伺服控制這樣一個(gè)基本的加工循環(huán)，在未運(yùn)行完最后一條NC 語句前，該循環(huán)將一直進(jìn)行。顯然，丙次循環(huán)之間總存在一定的時(shí)間間隔，而時(shí)間間隔的長短需要根據(jù)實(shí)際加工對實(shí)時(shí)性的要求來確定。

　　對于控制精度要求不高的情況可以直接用Windows的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，在達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后，計(jì)時(shí)器發(fā)出WM-TIMER 消息到應(yīng)用程序的消息對列中，如果將上述循環(huán)程序放在WM-TIMER 消息的處理函數(shù)中，就可以方便地實(shí)現(xiàn)定時(shí)。但這種方法存在兩個(gè)問題：一是WM-TIMER 消息的優(yōu)先級比較低，只有當(dāng)系統(tǒng)處理完消息隊(duì)列中優(yōu)先級較高的消息后，才會處理WM-TIMER 消息；二是計(jì)時(shí)器是以PC 硬件的時(shí)間中斷次數(shù)來確定計(jì)時(shí)的長短，而時(shí)間中斷的周期是以系統(tǒng)電子釧的時(shí)間為基準(zhǔn)，固定54.95ms。由此可見，計(jì)時(shí)器的實(shí)際地精度大于55ms，只能用于實(shí)時(shí)性求不高的場合。

　　大多數(shù)情況下，計(jì)時(shí)器都不能滿足要求。為了增強(qiáng)控制程序的實(shí)時(shí)性，可以采用軟件延時(shí)的方法，即在上述循環(huán)中放一段延時(shí)語句。對于毫秒級的延時(shí)精度，可通過調(diào)用Windows 的API 函數(shù)timeGetTime來實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)采用了基于BIOS 的時(shí)間基準(zhǔn)。以下是VC + + 中實(shí)現(xiàn)毫秒級延時(shí)的例子。

　　void deIaytime（int timdeIay）　　｛DWORD m-timerI；　　m-timerI = timeGetTime（）　　whiIe（（timeGetTime（） - m-timerI） < timdeIay　?。?/span>

　　timeGetTime 函數(shù)能實(shí)現(xiàn)毫秒級的延時(shí)，與計(jì)時(shí)器相比，時(shí)間精度得到了一定的提高。但毫秒級的時(shí)間精度并不能完全滿足數(shù)控加工的要求。為了進(jìn)一步提高時(shí)間精度，可以通過執(zhí)行循環(huán)程序來實(shí)現(xiàn)（如用for 語句）。但這種情況下，循環(huán)次數(shù)不僅與延時(shí)的時(shí)間長短有關(guān)，還與計(jì)算機(jī)的硬件配置（如主頻等）有直接聯(lián)系。所以這種方法的最大弊端就是程序的移植性很差。

　　如前所述，從時(shí)間精度的角度來看，計(jì)時(shí)器只能用于控制精度不高的場合，多數(shù)情況下需要用timeGetTime 函數(shù)或執(zhí)行循環(huán)程序的方法。從獲得精確時(shí)間的方式來看，計(jì)時(shí)器以硬件中斷為基礎(chǔ)，不&ldquo;獨(dú)占CPU&rdquo;，而timeGetTime 函數(shù)和執(zhí)行循環(huán)程序采用了延時(shí)的方法，程序在執(zhí)行的過程中將&ldquo;獨(dú)占CPU&rdquo;。如果應(yīng)用程序僅有一個(gè)線程，即用戶界面線程，一旦CPU 被&ldquo;獨(dú)占&rdquo;，程序?qū)o法接收、處理用戶輸入的消息和事件，這顯然不能滿足設(shè)計(jì)要求，所以必須考慮引入多線程。（注：由于Windows 是基于消息的多任務(wù)操作系統(tǒng)，這里的&ldquo;獨(dú)占CPU&rdquo;并不表示一直完全占有CPU，而是表示在執(zhí)行該線程的時(shí)間片內(nèi)獨(dú)占CPU，而其它時(shí)間片CPU 并非由該線程占有。）

2 多線程

　　VisuaiC + + 中的線程分為用戶界面線程（UserImterface Thread）和工作者線程Worker Thread）。用戶界面線程的特點(diǎn)是擁有單獨(dú)的消息隊(duì)列，具有自已的窗口界面，能夠?qū)τ脩糨斎氲氖录拖⒆龀鲰憫?yīng)。工作者線程一般用于處理后臺任務(wù)，僅由一個(gè)函數(shù)體實(shí)現(xiàn)，不處理窗口。

　　在擁有多個(gè)線程的應(yīng)用程序中，當(dāng)兩個(gè)或更我的線程同時(shí)訪問同一數(shù)據(jù)時(shí)，就會導(dǎo)致不可預(yù)知的結(jié)果，因此必須保持線程間的同點(diǎn)。Visuaic + + 中有四種同步方法：臨界段、信號燈、互斥量和事件。事件同步是通過將事件本身設(shè)置為有信號或無信號來通知其他線程某一操作已完成或尚未完成。下面以實(shí)現(xiàn)M01功能為例，介紹在數(shù)控軟件中使用多線程和事件同步的方法。

3 實(shí)現(xiàn)M01功能

　　M01&mdash;計(jì)劃程序停止。該指令的作用是：在操作面板上預(yù)先按下&ldquo;任選停止&rdquo;按鈕，當(dāng)執(zhí)行完M01指令之后，程序停止，主軸停轉(zhuǎn)，進(jìn)給停止，冷卻工作者線程流程圖液關(guān)閉，加工停止。

　　如果不按&ldquo;任選停止&ldquo;按鈕，則M01指令無效。在加工停止后，如果重新按下&ldquo;循環(huán)啟動(dòng)&rdquo;按鈕，則繼續(xù)加工。如果僅用用戶界面線程，當(dāng)控制精度很高，采用了延時(shí)程序時(shí)， 循環(huán)指令將會&ldquo;獨(dú)占CPU&rdquo;，從而導(dǎo)致用戶界面線程不能處理用戶輸入的事件和消息，無法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。解決的方法是將含有軌跡插補(bǔ)的循環(huán)指令放入一個(gè)工作者線程中，將各種實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的按鈕（如&ldquo;任選停止&rdquo;按鈕）放在用戶界面線程中。這樣，盡管工作者線程一直&ldquo;忙&rdquo; 個(gè)不停，但用戶界面線程卻&ldquo;閑&rdquo;著，能夠及時(shí)響應(yīng)用戶輸入的事件和消息。當(dāng)用戶界面線程接收到用戶輸入的事件和消息后，通過線程同步，就能使工作者線程實(shí)現(xiàn)預(yù)定的操作實(shí)現(xiàn)M01功能的具體方法如下：

　　首先在&ldquo;任選停止&rdquo;按鈕和&ldquo;循環(huán)啟動(dòng)&rdquo;按鈕的ciick（單擊）事件的響應(yīng)函數(shù)中分別設(shè)置某一事件有信號，然后在工作者線程的扦環(huán)體內(nèi)檢測相應(yīng)事件是否有信號，并根據(jù)檢測的結(jié)果做出相應(yīng)的處理。需要做的工作是：定義兩個(gè)事件，創(chuàng)建一個(gè)工作者線程，并建立工作者線程的控制函數(shù)體。程序流程如圖所示，主要代碼如下：

　　其中，AfxBeginThread 為啟動(dòng)工作者線程的全局函數(shù)，該函數(shù)創(chuàng)建并初始化CwindThread 對象、啟動(dòng)并返回線程的地址。

　　控制函數(shù)用于定義線程。進(jìn)入控制函數(shù)時(shí)，線程啟動(dòng)；退出時(shí)，線程終止。以上控制函數(shù)中Deaiedatathread為控制函數(shù)名，參數(shù)param 是一個(gè)32 位值。該參數(shù)在創(chuàng)建線程對象時(shí)傳遞過來。工作者線程的控制函數(shù)體如下：

　　最后在&ldquo;任選停止&rdquo;按鈕和&ldquo;循環(huán)啟動(dòng)&rdquo;按鈕的click（單擊） 事件的響應(yīng)函數(shù)中分別設(shè)置gpauseevent 和g starteevent 有信號即可，可通過以下兩條語句實(shí)現(xiàn)。

　　g pauseevent. SetEvent（）； / / 設(shè)置停止事件為有信號　　g pauseevent. SetEvent（）； / / 設(shè)置啟動(dòng)事件為有信號

4 結(jié)束語

　　多線程和事件同步能有效地解決數(shù)控軟件實(shí)時(shí)控制中存在的&ldquo;獨(dú)占CPU&rdquo;的問題，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。本文介紹了一種易于實(shí)現(xiàn)的簡便方法。