GBT 18759.5-2016 機械電氣設(shè)備 開放式數(shù)控系統(tǒng) 第5部分：軟件平臺

I V 1 1 1 13.2符號及縮略語 34基本要求 34.1概述 3 44.3平臺模型 44.4數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 5 6 65.2任務(wù)調(diào)度管理 6 7 75.5實時任務(wù)(進(jìn)程)/線程間通信 7 7 7 7 76.1概述 76.2通信模塊 8 8 86.5實時操作系統(tǒng)模塊 86.6運動學(xué)模塊 9 9 97.1概述 9 9 9 97.5數(shù)學(xué)庫接口 97.6實時操作系統(tǒng)接口 97.7運動學(xué)接口 7.8總線驅(qū)動接口 Ⅱ7.9應(yīng)用編程接口示例 8.2系統(tǒng)模型 8.3裝置模型 108.4功能組件模型 8.5功能塊模型 128.6應(yīng)用模型 附錄A(資料性附錄)操作系統(tǒng)函數(shù)接口示例 附錄B(資料性附錄)中間件 附錄C(資料性附錄)應(yīng)用編程接口(API) 25附錄D(資料性附錄)數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 4 5圖3數(shù)據(jù)類型層次結(jié)構(gòu)的示例 5 6 8 圖10應(yīng)用模型 圖B.1管理功能塊狀態(tài)和轉(zhuǎn)換條件圖 圖B.2管理功能塊類型通用形式 圖D.1共用體變量內(nèi)存模型示例 圖E.1插補模塊(示例) 圖E.2插補模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)(示例) 圖E.3PLC模塊結(jié)構(gòu)(示例) 圖E.4現(xiàn)場總線驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)(示例) 表A.1任務(wù)(進(jìn)程)間通信調(diào)用函數(shù)接口(示例) 表A.2實時任務(wù)(進(jìn)程)間管理函數(shù)接口(示例) 表B.1服務(wù)接口功能塊的標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出 20表B.2管理功能塊狀態(tài)表 Ⅲ 表B.4CMD輸入值和語義 表B.6命令語法 表D.4SINT類型數(shù)據(jù)的存儲示例 30 表D.6LINT類型數(shù)據(jù)的存儲示例 表D.10REAL及LREAL類型數(shù)據(jù)的存儲格式 33表D.11REAL類型數(shù)據(jù)的存儲示例 表D.13各派生數(shù)據(jù)類型舉例 34V——第1部分：總則 第7部分：通用技術(shù)條件；本部分為GB/T18759的第5部分。1GB/T9387.1—1998信息技術(shù)開放式系統(tǒng)互連基本參考模型第1部分：基本模型(ISO/GB/T15969.3—2005可編程序控制器第3部分：編程語言(IEC61131-3:2002,IDT)GB/T18759.1—2002機械電氣設(shè)備開放式數(shù)控系統(tǒng)第1部分：總則GB/T18759.2—2006機械電氣設(shè)備開放式數(shù)控系統(tǒng)第2部分：體系結(jié)構(gòu)GB/T19769.1—2005工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)用功能塊第1部分：結(jié)構(gòu)(IEC61499-1:2003,開放式數(shù)控系統(tǒng)opennumericalcontr2軟件平臺softwareplatform應(yīng)用軟件運行的基礎(chǔ)部件，處于基本體系結(jié)構(gòu)的硬件平臺和應(yīng)用軟件之間。用來具體解決一種數(shù)控加工過程中問題的軟件功能單元。為解決專門領(lǐng)域內(nèi)的，非計算機本身問題的軟件。在一個特定活動環(huán)境和由其接口界定的范圍內(nèi)，具有執(zhí)行一個或多個指定功能能力的獨立物理實體。一個開放式數(shù)控系統(tǒng)(ONC)是一組裝置的集合，裝置中包含功能組件。對其運行具有獨立控制性的功能單元，作為包含在一個裝置的功能單元來考慮，而且對于應(yīng)用提供各種服務(wù)包括算法調(diào)度與執(zhí)行。軟件組成的不可分割的功能單元，其名字是由相應(yīng)功能塊類型指定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)操作名字的基本功能塊類型basicfunctionblocktype功能塊類型中不可再分解成其他功能塊，并且可利用執(zhí)行控制圖(ECC)來控制其算法執(zhí)行的功能用在組合功能塊類型算法技術(shù)規(guī)范中的功能塊實例。組合功能塊類型compositefunctionblocktype功能塊類型的一種，其算法和算法執(zhí)行的控制是以組件功能塊、事件和變量的互連來表達(dá)的功能塊服務(wù)接口功能塊serviceinterfacefunctionblock功能塊中的一種，為應(yīng)用(application)提供一種或多種基于原語映射的服務(wù)，包括：映射到事件輸3ADTAbstractDataONCOpenNumericalControPOSIXPortableOpe本部分在開放式數(shù)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上(見GB/T18759.1—2002及GB/4足現(xiàn)有國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)控系統(tǒng)的開放性設(shè)計要求。本部分只規(guī)定開放式數(shù)控系統(tǒng)的控制器(數(shù)控裝置)軟件平臺規(guī)范；對控制器外部的驅(qū)動器、I/O設(shè)備和最終用戶開發(fā)的軟件不做限制；此外，本部分不對操作系統(tǒng)和通信系統(tǒng)作具體規(guī)定，凡是采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和事實標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)和通信系統(tǒng)都被視為符合本部分的要求。4.2基本結(jié)構(gòu)開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺由應(yīng)用編程接口、中間件和實時操作系統(tǒng)組成(如圖1所示)。應(yīng)用編程接口(API)為開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件提供獨立于硬件平臺的系統(tǒng)調(diào)用接口及運行環(huán)境支撐，實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件對系統(tǒng)平臺功能調(diào)用及資源訪問；中間件通過功能組件及功能模塊的方式實現(xiàn)運動控制、總線驅(qū)動、數(shù)學(xué)庫等功能模塊及組件，為軟件平臺提供數(shù)控控制功能應(yīng)用編程接口的功能的具體實現(xiàn)；實時操作系統(tǒng)通過為上層提供POSIX等調(diào)用，實現(xiàn)對操作系統(tǒng)資源及硬件平臺資源的管理及訪問，滿足開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的互操作及開放性要求?！龎K塊庫4.3平臺模型針對開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件對軟件平臺的開放性及互操作要求，本部分規(guī)定的軟件平臺模型參考GB/T19769.1—2005給出的用于分布式工業(yè)過程測量與控制系統(tǒng)功能塊模型以及GB/T9387.1—1998給出的信息技術(shù)可移植操作系統(tǒng)接口模型為基時操作系統(tǒng)三部分(如圖2所示)。塊塊庫不不業(yè)不業(yè)圖2軟件平臺體系結(jié)構(gòu)開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺應(yīng)用編程接口應(yīng)包括：用于運動控制功能調(diào)用的插補計算、運動學(xué)變換、圖形庫、數(shù)學(xué)庫調(diào)用接口；用于對實時操作系統(tǒng)中實時內(nèi)核資源的調(diào)用接口；用于對實時操作系統(tǒng)中通應(yīng)用軟件應(yīng)能通過調(diào)用應(yīng)用編程接口實現(xiàn)對軟件平臺功能的使用及資源的訪問，而無需訪問源碼或理解內(nèi)部工作機制細(xì)節(jié)。中間件應(yīng)為應(yīng)用軟件資源的共享提供支撐，并為其運行與開發(fā)提供環(huán)境，包括：為應(yīng)用軟件進(jìn)程提實時操作系統(tǒng)由通用內(nèi)核和實時內(nèi)核組成。通用內(nèi)核完成通用核心功能，如進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)管理等；實時內(nèi)核完成實時任務(wù)調(diào)度，支策略。4.4數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺應(yīng)支持圖3所示的基本數(shù)據(jù)類型與派生數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)類型示例參見附錄D。枚舉類型自定義類型圖3數(shù)據(jù)類型層次結(jié)構(gòu)的示例6線程1線程r7實時任務(wù)(進(jìn)程)管理函數(shù)接口示例參見附實時操作系統(tǒng)應(yīng)提供對I/O、存儲等設(shè)備訪問的同步、互斥等管理機制，確保數(shù)據(jù)的完整性和有6.1概述開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺中間件為上層應(yīng)用軟件提供數(shù)控功能相關(guān)的資源及服務(wù)(如圖5所示),8(功能單元)7.7運動學(xué)接口應(yīng)用軟件通過調(diào)用運動學(xué)接口，實現(xiàn)不同運動學(xué)坐標(biāo)系之間的變換。7.8總線驅(qū)動接口應(yīng)用軟件通過調(diào)用總線驅(qū)動接口實現(xiàn)控制硬件設(shè)備的運行以及獲取硬件設(shè)備的運行狀態(tài)。7.9應(yīng)用編程接口示例應(yīng)用編程接口示例參見附錄C。本部分規(guī)定了機械電氣設(shè)備開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺系統(tǒng)、裝置、功能組件、功能塊的配置與管理要求。附錄E給出了功能塊及組件的示例。8.2系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型中的裝置通過一種或多種通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連(如圖6所示),連接模型中各裝置的通信網(wǎng)絡(luò)可以采用層次方式結(jié)構(gòu)。不同的應(yīng)用可根據(jù)實際控制需要分布在一個或若干裝置上。裝置3應(yīng)用A應(yīng)用B裝置4裝置2裝置1圖6系統(tǒng)模型8.3裝置模型開放式數(shù)控系統(tǒng)裝置模型如圖7所示。=數(shù)據(jù)和事件流應(yīng)用C功能組件x功能組件z 服務(wù)接口功能塊1過程接口服務(wù)接口功能塊2執(zhí)行控制y執(zhí)行控制z算法1 算法內(nèi)部數(shù)據(jù)(隱藏)事件流管理功能塊是服務(wù)接口功能塊的一種，實現(xiàn)在一個功能組件范一個應(yīng)用由功能塊網(wǎng)絡(luò)組成，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為功能塊或子應(yīng)用及相關(guān)參數(shù)(如圖10所示),網(wǎng)絡(luò)分支2功能塊實例1功能塊實例313圖10應(yīng)用模型 A.1任務(wù)(進(jìn)程)間通信調(diào)用函數(shù)接口示例無seconds:指定秒數(shù)無測試某個信號是否在信號集中查詢未決信號暫停直到信號到來無_exit終止調(diào)用進(jìn)程無返回處理器調(diào)用某個進(jìn)程或函數(shù)所花費的時間File;文件名File:文件名File:文件名無終止正在執(zhí)行的程序無無無無無執(zhí)行掛起一段時間 實時應(yīng)用編程接口模塊 {constKINEMATICS_FORWARD_FLAGS*fflags,KINEMATICS_INVERSE_FLAGS*intkinematicsInverse(constKINEMATICS_INVERSE_FLAGS*KINEMATICS_FORWARD_FLAGS*fflI/0類型引腳名此事件輸入將被映射到一個請求原語(requestprimitive),該原語請求由其功能塊實例提化，也就是通信連接或過程接口模塊的初始化原語：request(請求)求原語(requestprimitive)原語：request(請求)答原語(requestprimitive)原語：response(應(yīng)答)表B.1(續(xù))I/O類型引腳名事件輸出此事件輸出將被映射到確認(rèn)原語(confirmpri(確認(rèn))此事件輸出將被映射到確認(rèn)原語(confirmpri原語是由其功能塊實例提供服務(wù)的(確認(rèn))示原語(indicationprimitive)(提示)此輸入代表對于服務(wù)原語(serviceprimitive)的限定者，一個INIT事件的出現(xiàn)而言是真的(TRUE),則請求了初始化服務(wù)，若是假的(FALSE),則終(服務(wù))時其功能塊類型技術(shù)規(guī)范將定義其數(shù)據(jù)類型和缺省的這些輸入包括與請求(request)和應(yīng)答(response)原語相關(guān)的數(shù)據(jù)。其功能塊類型技術(shù)規(guī)范將定義其數(shù)據(jù)類型(請求應(yīng)答)數(shù)據(jù)輸出此變量代表對于服務(wù)原語(serviceprimitive)的限定的初始化是成功的；其值是假的，則提示初始化不成功(服務(wù))此輸出的數(shù)據(jù)類型datatype對evento注2:服務(wù)技術(shù)規(guī)范可以指示：這些out場合是無關(guān)的，例如，對INITO+,IND十和DNF十。這些output包括與confirm原語和indic的數(shù)據(jù)。其功能塊類型技術(shù)說明將定義這些output的datatype和初始值，并將定義與它們相關(guān)的eventoutput,這個output是event順序圖中的output注3:該功能塊類型技術(shù)說明可以定義這些output的別(確認(rèn)指示)EVENTEVENT一由值語義(semantic)0CREATE(創(chuàng)建)創(chuàng)建指定的對象(object)1DELETE(刪除)2START(開始)3STOP(停止)4READ(讀)從訪問路徑中讀數(shù)據(jù)5WRITE(寫)向訪問路徑寫數(shù)據(jù)6KILL(殺掉)7QUERY(詢問)請求指定對象的信息值狀態(tài)(status)語義(semantics)0RDY(就緒)1BAD-PARAMS(壞-參數(shù))2LOCAL-TERMINATION(局部-終了)應(yīng)用-初始化終了3SYSTEM-TERMINATION(系統(tǒng)-終了)系統(tǒng)-初始化終了4NOT-READY(未就緒)管理程序不能處理該命令5UNSUPPORTED-CMD(不支持-命令)6UNSUPPORTED-TYPE(不支持-類型)7NO-SUCH-OBJECT(無-此類-對象)8INVALID-OBJECT(無效-對象)值狀態(tài)(status)語義(semantics)9INVALID-OPERATION(無效-操作)INVALID-STATE(無效-狀態(tài))OVERFLOW(溢出)以前的轉(zhuǎn)換靜止掛起表B.6命令語法對象OBJECTtype-declaration(類型-公告)fb-type-declaration(功能塊-類型-公告)fb-instance-declaration(功能塊-實例-公告)connection-path-declaration(訪問-路徑-公告)data-type-name(數(shù)據(jù)-類型-名字)fb-type-name(功能塊-類型-名字)fb-instance-reference(功能塊-實例-參照)connection-definition(連接-定義)access-path-name(訪問-路徑-名字)fb-instance-reference(功能塊-實例-參照)application-name(應(yīng)用-名字)fb-instance-reference(功能塊-實例-參照)application-name(應(yīng)用-名字)fb-instance-reference(功能塊-實例-參照)all-data-types(全部-數(shù)據(jù)-類型)all-fb-types(全部-功能塊-類型)data-type-name(數(shù)據(jù)-類型-名字)fb-type-name(功能塊-類型-名字)fb-instance-reference(功能塊-實例-參照)connection-start-point(連接-開始-點)application-name(應(yīng)用-名字)access-path-name(訪問-路徑-名字)access-path-name(訪問-路徑-名字)intprio,intowner,unsignedlonguses_fp,當(dāng)前任務(wù)是否使用浮點的標(biāo)志位period_nsec,任務(wù)周期返回值說明：無intrtapi_task_resume(inttask_id,任務(wù)編號返回值說明：無返回值說明：成功，返回一個正數(shù)標(biāo)識共享內(nèi)存ID;失敗則返回一個錯誤代碼返回值說明：返回狀態(tài)號返回值說明：返回狀態(tài)號返回值說明：返回狀態(tài)號返回值說明：返回狀態(tài)碼返回值說明：返回狀態(tài)值返回值說明：返回狀態(tài)值返回值說明：成功返回0;否則返回-EINVAL數(shù)據(jù)類型比特數(shù)182短整型3整型4長整型5無符號短整型6無符號整型7無符號長整型8單精度實數(shù)型9雙精度實數(shù)型單字節(jié)位申8四字節(jié)位串八字節(jié)位電字符型8無符號字符型8D.1.2基本數(shù)據(jù)類型的編碼BOOL類型的數(shù)據(jù)用一個字節(jié)來存儲，其取值范圍是True或False。在進(jìn)行邏輯運算時，操作數(shù)可以為數(shù)值類型，且非零即為真，但在操作前需要進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成BOOL類型。表D.2BO0L類型數(shù)據(jù)取值為True時的編碼00000001取值為False時，字節(jié)的位取值如表D.3所示(B7表示最高位、B0表示最低位):表D.3BOOL類型數(shù)據(jù)取值為False時的編碼00000000SINT類型的數(shù)據(jù)用兩個字節(jié)來存儲，其取值范圍是-21?~21?-1,SN位表示數(shù)的正負(fù)，其取值SN=0:表示正數(shù)和零；以十進(jìn)制10,-10為例，其在內(nèi)存中的實際存在形式如表D.4所示。表D.4SINT類型數(shù)據(jù)的存儲示例0000000000010011111111110110INT類型的數(shù)據(jù)用四個字節(jié)來存儲，其取值范圍是-231~231-1,SN位表示數(shù)的正負(fù)，其取值如下：以十進(jìn)制10,-10為例，其在內(nèi)存中的實際存在形式如表D.5所示。00000000000000011111111111100000000000010101111111111110110000000000000000111111111110000000000000000111111111111111000000000000000011111111111111000000000000100111111111111010表D.7USINT類型數(shù)據(jù)的存儲示例0000000000001010111111111111111UINT類型的數(shù)據(jù)用四個字節(jié)來存儲，其取值范圍是0～232-1,以十進(jìn)制10,232-1為例，其在內(nèi)存中的實際存在形式如表D.8所示。表D.8UINT類型數(shù)據(jù)的存儲示例0000000000000000111111111111110000000000001010111111111111111ULINT類型的數(shù)據(jù)用八個字節(jié)來存儲，其取值范圍是0～26?-1,以十進(jìn)制10,26?-1為例，其在內(nèi)存中的實際存在形式如表D.9所示。表D.9ULINT類型數(shù)據(jù)的存儲示例00000000000000001111111111111110000000000000000111111111111110000000000000000111111111111111100000000000010101111111111111111階碼1位[31]8位[30-23]23位[22-00]1位[63]11位[62-52]52位[51-00]100001011110100110100110101110100011110011100011000100011100001舉例1SINTs[10];CHARc[5]=2字符串CHARsting[]=“Erroroccur!Inputagain.”345枚舉類型6自定義類型7指針類型表D.13序號3所示。上3個變量在內(nèi)存中占的字節(jié)數(shù)不同，但都從同一地址開始存放。這種使幾/*秒：0-59*//*分鐘：0-59*//*小時：0-23*//*天數(shù)：1-31*//*月份：1-12*//*自周日起第幾天*//*自一月一號起第幾天*//*時區(qū)*/typedefstruct{LREALz;/*typedefPmCartesianVECTOR;typedefstruct{ztypedefstruct{typedefPmRotationMatrixMATRIX;typedefstruct{INTtmag_is_greater_thtypedefstruct{