嵌入式技能迅速开展，现已被广泛地运用于各行各业。将嵌入式技能和数控技能结合起来产生了许多理论和运用效果。可是，跟着机床加工零件杂乱程度越来越大，树立嵌入式数控体系共同的体系架构越来越火急。没有体系结构供给通用的办法辅导，将林林总总的软硬件模块集成到数控体系中将是十分深重且简单犯错的作业。嵌入式数控体系体系结构便是要为各个模块供给集成规矩和接口标准，经过这些集成规矩和接口标准，不同的开发者能够构建出通用的模块。运用通用的模块和通用的集成规矩，能够构建不同的嵌入式数控体系，由数控体系集成到工控站，由工控站再到工控网络甚至更杂乱的体系。嵌入式数控体系结构能够进步体系的灵敏性、牢靠性、安全性和敞开性。美国国家技能标准化安排（NIST）就致力于为各种机械操控体系树立一种参阅体系结构［1］。本文研讨了嵌入式数控体系的硬件体系结构和软件体系结构，并结合所做作业，介绍了这种体系结构的一种实例。
嵌入式数控体系硬件体系结构
嵌入式数控体系硬件体系结构如图1所示。
图1嵌入式数控体系硬件体系结构
嵌入式数控体系有必要包括一个可编程核算部件，也能够包括多个，构成多CPU体系。 嵌入式处理器或操控器品种许多，比较常用的有ARM、嵌入式X86、MCU等，处理器是整个体系运算和操控中心，它的架构越来越趋向于选用RISC指令集Harvard架构。可编程核算部件，若干年前仍是单指处理器或微操控器，而现在却添加了如FPGA等其它可编程核算资源。
数控体系要和操作人员交互，有必要有一个显现硬件，能够是CRT显现器，可是一般嵌入式处理器中集成LCD操控器，它供给与DSTN（Dual-Layer Super Twist NemaTIc，双扫描歪曲向列液晶屏）或TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管液晶屏）显现器的接口，经过这个接口能够直接驱动液晶显现屏。
跟着USB移动存储设备运用的推行，渠道经过USB主操控器完结对USB设备的支撑和操控。处理器中也或许集成了USB客户端操控器，便利完结USB客户端接口，一般经过这个接口进行上位机与渠道间的运用软件调试。
串口用来完结上下位机通讯，在有些伺服驱动设备中也供给串口衔接，因而，也能够经过串口与驱动衔接。
外部存储器总线接口支撑各种外部存储器：SDRAM、RAM和闪存储器，内存一般选用SDRAM，闪存是一类非易失性存储器，在电源封闭后仍能坚持片内信息，这儿用来存储数控体系程序及制作数据。
进给轴接口是数控体系和进给伺服体系的桥梁。就现阶段常常运用的伺服操控体系而言，进给操控接口一般有串行式接口、脉冲式接口、模拟式接口等等。
主轴操控接口衔接数控体系与主轴驱动单元，它包括两个部分：主轴速度操控输出和主轴编码器输入。
在数控体系内集成的PLC归于内置式，它有规划灵敏、结构紧凑、针对性强等特色，首要完结主轴转速的S代码、刀具功用的T代码以及操控主轴正回转与启停、主轴换档、冷却液开关、卡盘松紧等M代码。
传感器接口用来检测机床方位信息，完结各种操控算法的核算输入。
现代制作工程的开展要求数控体系间应该能够经过网络互连，传递指令和数据信息，并行完结数控使命。因而参加以太网模块，以便在需求时完结数控体系的联网。
上述各功用模块经过标准总线衔接，实施一致的总线接口标准。该体系结构中有些功用模块不是每一个嵌入式数控体系都有必要的，可根据详细要求削减。
入式数控体系软件体系结构
嵌入式数控体系软件体系结构如图2所示：
图2嵌入式数控体系软件体系结构
嵌入式数控体系软件体系结构分为体系渠道和运用软件两大部分。上层运用软件分数控运用程序接口（NCAPI）和操作界面组件两个层次，以别离完结对机床厂和用户这两个层次的敞开。
底层模块除了PLC之外的部分是不对外敞开的，非体系开发者能够经过NCAPI运用底层的功用。底层模块完结插补使命（粗插补，微直线段精插补，单段， 跳段， 并行程序段处理）;PLC使命（报警处理，MST处理，急停和复位处理，虚拟轴驱动程序，刀具寿数办理，突发事件处理）;方位操控使命（齿隙补偿， 螺距补偿，极限方位操控，方位输出）;伺服使命（操控伺服输出、输入）以及共用数据区办理（体系中一切资源的操控信息办理）。因而有必要具有多使命的处理才能，即；使命树立；吊销；调度；唤醒；堵塞；挂起；激活；延时的处理才能；创立信号量；开释信号量；取信号量值的才能。
上层软件担任零件程序的修正、解说，参数的设置，PLC的状况显现，MDI及毛病显现、加工轨道、加工程序行的显现等，经过同享内存、FIFO和中止与底层模块进数据交换。上层软件模块包括：解说器模块，MDI运转模块，程序修正模块，主动加工模块，参数修正模块，PLC显现模块，毛病诊断模块等等。
数控运用软件开发接口（NCAPI）是为针对不同的机床和不同的要求而供给的通用接口函数，在此之上能够便利地开发出详细的数控体系，如华中I型铣床数控体系，世纪星车床数控体系等。NCAPI与原华中I型供给的API接口坚持共同。一致的API确保体系的可移植性和模块的互换性；体系开发集成环境中的装备功用能够经过装备不同的软件模块完结体系功用的伸缩性，体系功用的伸缩性则经过替换体系硬件得以确保。
运用实例
依照上述嵌入式体系结构的层次区分，本文开发了根据嵌入式PC和LINUX操作体系的嵌入式数控体系。
CPU选用嵌入式PC单元，经过PC104总线嵌入到数控主板中。在数控主板上，承继了开关量接口电路，MCP、MDI键盘接口电路，进给轴接口电路以及主轴接口电路。各接口电路由中心器材FPGA芯片集中操控。为满意CNC设备对敞开性的要求，数控主板选用双FPGA规划。一个FPGA芯片担任操控开关量接口电路，MCP、MDI键盘接口电路，主轴接口电路，串行口伺服驱动设备接口电路；另一个FPGA芯片担任操控脉冲量伺服 驱动设备或步进电机驱动设备接口电路，模拟量伺服驱动设备接口电路。两个FPGA芯片经过PC/104总线嵌入式PC机操控。运用FPGA芯片的灵敏性，在不改动硬件电路的情况下，经过改动FPGA芯片的固件，以及两个FPGA芯片灵敏调配，能够构造出不同装备的数控设备。
操作体系是经过改造Linux内核使其成为实时操作体系。详细办法是：在Linux操作体系中嵌入一个硬件笼统层，接收一切中止和对硬件的操作。因为Linux选用整体式的模块化结构，数控体系使命中需求实时呼应的使命做成数控实时模块，嵌入到Linux内核中，这些使命包括：伺服监控、PLC、方位操控等周期使命和插补这个非周期使命，刀补、译码和网络基本功用打包成数控运用程序接口。
在实时Linux软件渠道的基础上，运用软件渠道包括的离散点I/O操控API、传感器API、方位操控器API等接口为通用API接口。运用程序层包括的进程操控、人机界面及体系集成与装备支撑环境三部分只需求用实时Linux操作体系相关体系API替换相应的模块通讯接口即可，上层运用模块能够不做修正。一起，运用软件渠道具有杰出的敞开性，用户可自界说API来扩大体系功用支撑，本文在运用渠道层自界说了一个数控图形库API，用来支撑数控体系的图形显现功用。
结语
本文提出的这种敞开的嵌入式数控体系体系结构，在硬件上，标准的总线屏蔽了各功用部件差异，不同功用的数控硬件经过标准的信号标准来界说。在软件上，嵌入式实时操作体系为数控运用软件供给了体系接口，屏蔽硬件细节，供给实时、牢靠、多使命的运转环境。软件体系结构总体上分层，使得体系结构明晰明晰；层内按功用模块化，尽量削减模块耦合，使得软件复用性很好，有利于数控体系功用削减和体系维护。既确保了硬件渠道的敞开性和稳定性，也使得软件移植和规划愈加便利。
