數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的“大腦”，而CPU、基于CPU芯片的數(shù)控系統(tǒng)控制板卡、操作系統(tǒng)以及數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線等軟硬件平臺則是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，是決定“大腦”性能的關(guān)鍵部件。目前，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)CPU被國外產(chǎn)品所壟斷，因此在器件采購、應(yīng)用軟件的升級、數(shù)控成套裝備的集成方面都受制于國外公司，嚴重制約了國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)性能與可靠性的提高。
為了給數(shù)控機床安上純正的“中國腦”，中國科學院沈陽計算技術(shù)研究所有限公司（以下簡稱沈陽計算所）承擔了高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備國家科技重大專項的基于國產(chǎn)龍芯CPU芯片的高檔數(shù)控裝置、開放式數(shù)控系統(tǒng)支撐技術(shù)創(chuàng)新平臺建設(shè)等多項課題，成功解決了基于國產(chǎn)微處理芯片與現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng)開放問題，使國產(chǎn)數(shù)控機床安裝“中國腦”不再是夢想。
從牽著走到領(lǐng)著跑
數(shù)控系統(tǒng)長期受制于人是中國數(shù)控機床業(yè)的短板。通過攻關(guān)，沈陽計算所成功建立了統(tǒng)一硬件抽象層概念和跨平臺統(tǒng)一通訊建模方法和通訊機制，開發(fā)了數(shù)控軟件的龍芯平臺跨平臺編譯運行技術(shù)以及基于自動配置的多平臺編譯技術(shù)。
為了使數(shù)控軟件與系統(tǒng)硬件平臺和軟件平臺解耦合，進一步跨平臺，沈陽計算所提出了統(tǒng)一硬件抽象層的概念HAL(HardwareAbstractionLayer)。HAL硬件抽象層隱藏了不同數(shù)控硬件平臺的硬件接口細節(jié)，為上層的系統(tǒng)提供標準的穩(wěn)定的虛擬硬件平臺，使數(shù)控系統(tǒng)軟件具有與硬件無關(guān)的特性，從而達到可在多種平臺上進行跨平臺移植的目的，進一步保證系統(tǒng)的可伸縮性和可擴展性。同時，為了實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)不同模塊之間的跨平臺通訊，沈陽計算所設(shè)計了龍芯高檔數(shù)控硬件平臺，通過增加系統(tǒng)中處理器/控制器的數(shù)量，大大提高了平臺計算能力。
針對高、中檔數(shù)控系統(tǒng)的用戶需求不同，沈陽計算所采用平臺抽象層屏蔽操作系統(tǒng)調(diào)用接口的差異；采用多平臺的編譯技術(shù)解決數(shù)控軟件的跨硬件平臺兼容性；采用統(tǒng)一通信庫實現(xiàn)數(shù)控軟件模塊間的跨平臺通信等關(guān)鍵技術(shù)，保證了數(shù)控軟件一次設(shè)計，可以在x86、龍芯、ARM等不同硬件平臺和不同操作系統(tǒng)上無縫編譯運行。在數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中，沈陽計算所將與硬件相關(guān)的代碼封裝為硬件抽象層，實現(xiàn)硬件平臺特性代碼與軟件功能代碼分離。
從創(chuàng)新技術(shù)到批量應(yīng)用
課題不僅解決了基于國產(chǎn)龍芯處理器的跨平臺技術(shù)，還開發(fā)出多通道多軸聯(lián)動及復(fù)合加工控制、高速程序預(yù)處理、智能故障診斷與遠程監(jiān)控、數(shù)控總線協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù)，制定了國內(nèi)首部具有自主知識產(chǎn)權(quán)數(shù)控總線技術(shù)國家標準。
基于國產(chǎn)龍芯處理器芯片的藍天數(shù)控系統(tǒng)是課題繁衍出的重要產(chǎn)品。它的成功研制，顯著提升了我國數(shù)控裝置的自主化程度、產(chǎn)業(yè)化水平。
藍天數(shù)控系統(tǒng)采用國產(chǎn)龍芯處理器芯片和自主產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線，可擴展多種總線和傳感器接口，功能和性能達到了國際高檔數(shù)控系統(tǒng)先進水平，但較國外同類產(chǎn)品用戶使用成本大幅降低，可以廣泛應(yīng)用于機床、自動化生產(chǎn)線、柔性制造等領(lǐng)域，實現(xiàn)了自主可控的軟硬件平臺在工業(yè)控制領(lǐng)域的批量應(yīng)用，進一步提高了國產(chǎn)裝備制造業(yè)的競爭力和自主可控性。
專項素描
基于國產(chǎn)龍芯CPU芯片的高檔數(shù)控裝置、開放式數(shù)控系統(tǒng)支撐技術(shù)創(chuàng)新平臺建設(shè)等課題是高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備國家科技重大專項的重點支持方向之一。本組課題開發(fā)了新一代基于國產(chǎn)龍芯處理器芯片的藍天數(shù)控系統(tǒng)，并進行配套應(yīng)用。
重大突破
課題成功解決了基于國產(chǎn)微處理芯片與現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng)開放問題，開發(fā)了基于開放式與網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)的新一代總線式全數(shù)字高檔數(shù)控產(chǎn)品，實現(xiàn)了與帶AB軸的高速五聯(lián)動加工中心等的配套應(yīng)用，并針對航空航天、汽車制造等重點領(lǐng)域開展配套應(yīng)用工作，滿足了重點領(lǐng)域用戶對國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)的配套要求。
應(yīng)用前景
配套國產(chǎn)CPU的藍天數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了與高檔機床的配套應(yīng)用，有利于保障我國數(shù)控機床行業(yè)，尤其是國防軍工行業(yè)的技術(shù)安全。該系統(tǒng)在替代進口，實現(xiàn)航空航天等重點領(lǐng)域的配套應(yīng)用方面前景廣闊。
（來源：錫洲
封頭 )
