中斷型結構模式

    CNC系統(tǒng)的軟件結構決定于系統(tǒng)采用的中斷結構。在常規(guī)的CNC系統(tǒng)中，已有的結構模式有中斷型結構和前后臺型兩種結構模式。
    中斷型軟件結構的特點是除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各種功能模塊分別安排在不同級別的中斷服務程序中，整個軟件就是一個大的中斷系統(tǒng)。其管理的功能主要通過各級中斷服務程序之間的相互通訊來解決。
    一般在中斷型結構模式的CNC軟件體系中，控制CRT顯示的模塊為低級中斷（0級中斷），只要系統(tǒng)中沒有其他中斷級別請求，總是執(zhí)行0級中斷，即系統(tǒng)進行CRT顯示。其他程序模塊，如譯碼處理、刀具中心軌跡計算、鍵盤控制、I/O信號處理、插補運算、終點判別、伺服系統(tǒng)位置控制等處理，分別具有不同的中斷優(yōu)先級別。開機后，系統(tǒng)程序首先進入初始化程序，進行初始化狀態(tài)的設置、ROM檢查等工作。初始化后，系統(tǒng)轉入0級中斷CRT顯示處理。此后系統(tǒng)就進入各種中斷的處理，整個系統(tǒng)的管理是通過每個中斷服務程序之間的通信方式來實現的。
表4-1  FANUC-BESK 7CM CNC系統(tǒng)的各級中斷功能
中斷級別        主要功能                   中斷源
0    控制CRT顯示                            硬件
1譯碼、刀具中心軌跡計算，顯示器控制     軟件，16ms定時
2鍵盤監(jiān)控，I/O信號處理，穿孔機控制      軟件，16ms定時
3    操作面板和電傳機處理                   硬件
4    插補運算、終點判別和轉段處理       軟件，8ms定時
5    紙帶閱讀機讀紙帶處理                   硬件
6    伺服系統(tǒng)位置控制處理                 4ms實時鐘
7       系統(tǒng)測試                            硬件
    例如FANUC-BESK 7CM CNC系統(tǒng)是一個典型的中斷型軟件結構。整個系統(tǒng)的各個功能模塊被分為八級不同優(yōu)先級的中斷服務程序，如表4-1所示。其中伺服系統(tǒng)位置控制被安排成很高的級別，因為機床的刀具運動實時性很強。CRT顯示被安排的級別最低，即0級，其中斷請求是通過硬件接線始終保持存在。只要0級以上的中斷服務程序均未發(fā)生的情況下，就進行CRT顯示。1級中斷相當于后臺程序的功能，進行插補前的準備工作。1級中斷有13種功能，對應著口狀態(tài)字中的13個位，每位對應于一個處理任務。在進入1級中斷服務時，先依次查詢口狀態(tài)字的0~12位的狀態(tài)，再轉入相應的中斷服務（表4-2）。其處理過程見圖4-12�？跔顟B(tài)字的置位有兩種情況：一是由其他中斷根據需要置1級中斷請求的同時置相應的口狀態(tài)字；二是在執(zhí)行1級中斷的某個口子處理時，置口狀態(tài)字的另一位。當某一口的處理結束后，程序將口狀態(tài)字的對應位清除。

圖4-12  1級中斷各口處理轉換框圖
    2級中斷服務程序的主要工作是對數控面板上的各種工作方式和I/O信號處理。3級中斷則是對用戶選用的外部操作面板和電傳機的處理。
    4級中斷最主要的功能是完成插補運算。7CM系統(tǒng)中采用了“時間分割法”（數據采樣法）插補。此方法經過CNC插補計算輸出的是一個插補周期T（8ms）的F指令值，這是一個粗插補進給量，而精插補進給量則是由伺服系統(tǒng)的硬件與軟件來完成的。一次插補處理分為速度計算、插補計算、終點判別和進給量變換四個階段。
    5級中斷服務程序主要對紙帶閱讀機讀入的孔信號進行處理。這種處理基本上可以分為輸入代碼的有效性判別、代碼處理和結束處理三個階段。
    6級中斷主要完成位置控制、4ms定時計時和存儲器奇偶校驗工作。
    7級中斷實際上是工程師的系統(tǒng)調試工作，非使用機床的正式工作。
    中斷請求的發(fā)生，除了第6級中斷是由4ms時鐘發(fā)生之外，其余的中斷均靠別的中斷設置，即依靠各中斷程序之間的相互通訊來解決。例如第6級中斷程序中每兩次設置一次第4級中斷請求（8ms）；每四次設置一次第1、2級中斷請求。插補的第4級中斷在插補完一個程序段后，要從緩沖器中取出一段并作刀具半徑補償，這時就置第1級中斷請求，并把4號口置1。
表4-2  FANUC-BESK 7CM CNC系統(tǒng)1級中斷的13種功能
口狀態(tài)字   對應口的功能
0           顯示處理
1           公英制轉換
2           部分初始化
3           從存儲區(qū)（MP、PC或SP區(qū)）讀一段數控程序到BS區(qū)
4           輪廓軌跡轉換成刀具中心軌跡
5          “再啟動”處理
6          “再啟動”開關無效時，刀具回到斷點“啟動”處理
7           按“啟動”按鈕時，要讀一段程序到BS區(qū)的預處理
8           連續(xù)加工時，要讀一段程序到BS區(qū)的預處理
9           紙帶閱讀機反繞或存儲器指針返回首址的處理
A           啟動紙帶閱讀機使紙帶正常進給一步
B           置M、S、T指令標志及G96速度換算
C           置紙帶反繞標志