Windows95平台下数控系统实时控制的研究

Windows95平台下数控系统实时控制的研究

A Research on Real-Time Control of CNC Based Windows95 Platform

FU Yong-zhong , YIN Su-min
(School of Machanical Engineering , Jiangsu University of Science and Technology ,Zhenjiang ,Jiangsu 212013,China)

　　Abstract:Windows95 is the most popular operating system used by PC, so it is very significant to develop CNC based Windows95.By analyzing the interruption architecture and kernel structure of Windows95,the authors put forward and expatiate upon several methods in which interruption architecture of Windows95 ,multimedia timer or virtual device driver are utilized to realize real-time control.
　　Key words：numerically controlled machine tools;real-time control systems/Windows95

　　基于PC机的数控系统是数控系统发展的必然趋势，其中的一个重要原因就是PC机能运行通用的操作系统(如：DOS，Windows),并且有大量的相关应用软件可供使用.基于DOS操作系统的数控系统经过十几年的发展，技术已经比较成熟.Windows操作系统特别是Windows95的推出，使PC机的操作系统发生了革命性的变化，与DOS相比Windows95主要具有以下优点：
　　(1) 友好的图形界面和丰富的资源；
　　(2) 操作、配置方便；
　　(3) 支持基于线程的抢先式多任务机制；
　　(4) 运行机制更加安全，一个应用程序崩溃不会影响其他程序的运行.
　　也正是以上这些优点，使Windows成为最流行的PC操作系统，而在Windows平台上开发数控系统也就成为一个热点.开发数控系统最关键的问题就是如何实现实时控制，笔者针对Windows95的体系结构和自身特点提出三种实现实时控制功能的方法.

1　实时控制功能的实现

1.1　利用Windows95中断机制实现实时控制
　　在DOS操作系统上实现实时控制的主要方法是利用PC机主板上的8253定时器的CNT0通道提供的定时脉冲作为INT 08H的中断源，通过调用INT 08H对中断服务程序进行周期性处理，由此实现实时控制.由于Windows95兼容DOS模式，所以能提供类似于DOS的中断调用，但有所不同的是Windows95运行于保护模式，因此与实模式DOS下中断有所区别.
　　Windows95的中断机制根据处理方式不同，可分为两种：一种是利用IDT(不是DOS下的IVT)中的特殊句柄，通过虚拟8086将CPU转为实模式来获得原来BIOS或DOS中断调用，因此，根据这种方式实现实时控制的方法与在DOS下的方法基本相同，本文不再论述；另一种中断方式完全运行于保护模式下，这种中断直接查IDT表即可.Windows95在这种方式下支持DOS全部硬件中断和大部分软件中断，只是实现方法与DOS下不同.Windows95的虚拟机器管理器(VMM——Virtual Machine Manager)提供一种DOS保护方式接口(DPMI)，利用这种接口既可用于DOS又可用于Windows调用，既可访问保护模式扩展内存又可访问实模式扩展内存.这种接口服务由一些INT 2FH和INT 31H中断功能组成，而不再是实模式DOS下的INT 21H，其中INT 31H中的0204H功能用于保存当前中断向量，0205H功能用于设置新的中断向量，这两种功能类似INT 21H中的35H和25H.因此，利用这两个功能调用INT08H中断，同样能实现实时控制，只是中断调用运行于保护模式.下面给出用VC以保护模式实现中断的程序清单，由于Visual C5.0不支持setvect()，enable(),disable()等函数，这里只能用汇编语言实现.

#include <stdafx.h>
/*保存原来中断向量*/
void FARPROC (*Old　Isr)(void);
/*实现实时控制的函数*/
void FARPROC LpIntSub(void)
{　　_asm CLI　　 //禁止中断
　　{//在这里实现实时控制的全部功能,如插补}
　　　_asm STI　//开中断
};
/*用于保存中断向量的地址*/
FARPROC Save　Vect(unsigned vector//中
　　　　　　　　　// 断号)
{　FARPROC Lp; //回调指针
_asm
{　CLI　　//禁止中断　　　　　　　};
PUSH AX　　PUSH BX
PUSH CX　　PUSH DX
MOV BX, vector　//保存中断向量
MOV AX,0205H　//取得功能号
INT 31H　　//调用INT 31H
/*将中断程序偏移地址赋给DX*/
MOV WORD PTR Lp, DX
/*CX处理程序选择子*/
MOV WORD PTR Lp+2,CX
POP　DX　　POP　CX
POP　BX　　POP　AX
STI//开中断
}
return Lp;//返回中断函数地址指针
};
/*安装中断服务程序*/
void Set　Vect(unsigned vector,
FARPROC LpIntSub)
{_asm{　CLI
PUSH AX　PUSH BX
PUSH CX　PUSH DX
/*CX处理程序选择子*/
MOV CX,SEG LpIntSub
　　　　/*偏移地址赋给DX*/
MOV DX,OFFSET LpIntSub
/*获取中断向量*/
MOV　BX, Vector
/*获取中断向量*/
MOV　AX,0204H
INT　31H　//调用INT 31H
POP　DX　　POP CX
POP　BX　　POP AX
STI
　　}
void InitializeInt(void)
{　//保存原中断向量
　　Old　Isr=Save　Vect(0x08);
　　_asm CLI　　//禁止中断
　　_outp(0x43,0x36);//设置中断
　　/*为16位的低8位写入数字*/
　　_outp(0x40,0x4B);
　　/*为16位的高8位写入数字*/
　　_outp(0x40,0x17);
　　_asm STI　　//开中断
　　/*安装新的中断服务程序*/
　　Set _＿Vect(0x08H,LpIntSub);
　　/*还原原来的中断服务*/
　　Set＿Vect(0x08H,Old　Str);
};

1.2　利用多媒体定时器进行实时控制
　　消息驱动机制是Windows95的运行机制，也是它的核心.在Windows消息中有一个WM　TIMER，它触发一个定时器，每隔一定时间处理程序一次.但是由于WM　TIMER被认为是不重要的消息，因此容易造成消息阻塞，不可能具有实时响应能力.为了弥补这一缺陷，微软公司在多媒体Windows中提供了高精度定时器的低层API支持，这一定时器称为多媒体定时器，它不但可以提供最小1ms的周期，而且实时性很强，可以满足数控加工的需要.表1给出了用多媒体定时器实现实时控制有关的Win32 API函数.

表1　多媒体定时器函数
Tab.1　Multimedia timer functions

2　结 束 语

［1］　 魏晋鹏，等. Windows深入剖析—初始化篇［M］. 北京：清华大学出版社,1997.
［2］　Jeffrey Richter.Windows95&Windows NT3.5高级编程技术［M］. 北京：清华大学出版社,1996.
［3］　王　敏.基于Windows的开放式数控系统研究［D］：［博士学位论文］. 北京：北京航空航天大学,1998.
［4］　Microsoft Corporation. Microsoft Win32程序员参考大全(四)—函数(H-Z)［M］. 北京:清华大学出版社, 1995.

收稿日期：1999-06-17