實時性是數(shù)控系統(tǒng)一項重要的性能指標[1]。在IPC(Industrial Personal Computer )+運動控制器構成的開放式數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)平臺上，雖然這種主從式結構，確保了運動控制指令在運動控制器內高速、實時的被執(zhí)行，但在PC機上，仍需要完成諸如實時顯示、預處理計算、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控等許多任務。為了保證系統(tǒng)的實時性能，擬采用多線程技術，通過多任務并行處理的方式，提高系統(tǒng)實時性。
  
本開發(fā)平臺采用IPC+運動控制器模式的開放式數(shù)控系統(tǒng)，主要的運動控制由固高公司的GT400-SV通用運動控制器完成。它提供C語言函數(shù)庫GT400sv.lib和Windows動態(tài)連接庫GT400.dll，能夠實現(xiàn)復雜的控制功能[2]。數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)是將這些控制函數(shù)與自己控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)處理、界面顯示、用戶接口等應用程序模塊集成在一起，建造符合特定應用要求的控制系統(tǒng)。

2 進程與線程以及多線程技術
  
Windows操作系統(tǒng)既支持多進程，又支持多線程。一個進程就是應用程序的一個實例，一次執(zhí)行過程也就是調入內存準備執(zhí)行的程序，包括當前執(zhí)行的應用程序的執(zhí)行代碼和程序執(zhí)行相關的一些環(huán)境信息。每個進程擁有整臺計算機的資源，無須知道其他進程在計算機中的信息。通常每個進程至少有一個線程在執(zhí)行所屬地址空間中的代碼，該線程稱為主線程。如果該主線程運行結束，系統(tǒng)將自動清除進程及其他地址空間。
  
線程是進程內部執(zhí)行的路徑，是操作系統(tǒng)分配CPU時間的基本實體，是程序運行的最小單位。每個進程都由主線程開始進行應用程序的執(zhí)行。線程由一個堆棧、CPU寄存器的狀態(tài)和系統(tǒng)調用列表中的一個入口組成。每個進程可以包含一個以上的線程，這些線程可以同時獨立地執(zhí)行進程地址空間中的代碼，共享進程中的所有資源。
  
Windows系統(tǒng)分配處理器時間的最小單位是線程，系統(tǒng)不停地在各個線程之間切換。在PC機中，同一時間只有一個線程在運行。通常系統(tǒng)為每個線程劃分的時間片很小(ms級別)，這樣快速系統(tǒng)的實時性就有了保障[3]。
  
要實現(xiàn)多線程編程，可建立輔助線程(worker Thread)和用戶界面線程(User Interface Thread)。輔助線程主要用來執(zhí)行數(shù)控程序、坐標顯示、動態(tài)仿真和數(shù)據(jù)預處理；用戶界面線程用來處理用戶的輸入，響應用戶產生的事件和消息。

3  數(shù)控系統(tǒng)實時性分析

3.1 線程的實時性
  
數(shù)控系統(tǒng)需要完成的任務有很多，這些任務中，優(yōu)先級的要求級別不一樣。據(jù)此，可以利用Windows系統(tǒng)的多任務、搶占式的特點和多線程技術將各個任務分給不同的線程，并賦予各個線程不同的優(yōu)先級，當高優(yōu)先級的線程執(zhí)行時，即實時性要求高的任務需要執(zhí)行時，可以自動地終止其他線程的工作轉而執(zhí)行這一線程[4]。通過這一方法，可以實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)所要求的實時性。

3.2 輔助線程創(chuàng)建

本開發(fā)系統(tǒng)中所創(chuàng)建的輔助線程可大致劃分如下：
  
（1）坐標顯示線程
  
在手動脈沖面板、電動控制面板和增量控制面板中，可實時顯示X、Y、Z三個運動軸的坐標。這樣可使操作人員直觀看到三軸的實際坐標。實時性要求較低，所以使用最低優(yōu)先級：Lowest Normal。
  
（2）圖形顯示線程
  
圖像顯示線程用于在動態(tài)仿真面板中執(zhí)行圖形繪制的指令。通過圖形顯示，操作者可以在動態(tài)仿真的同時，對人機界面進行操作。這一線程實時性要求較低，等級為：Blow Normal。
  
（3）IO狀態(tài)控制線程

此線程用于檢測由系統(tǒng)輸入的各個離散量，以及從數(shù)控程序得到的指令來輸出機床各離散量的狀態(tài)。此線程優(yōu)先級比前兩線程高，等級為：Normal。
  
（4）數(shù)據(jù)預處理線程

數(shù)據(jù)預處理線程主要負責完成編碼形式轉換、刀具長度補償、刀具半徑補償和公英制轉換等運動控制數(shù)據(jù)預處理函數(shù)的執(zhí)行。等級為：Normal。
  
（5）運動控制線程
  
此線程主要用于運動控制器執(zhí)行數(shù)控代碼函數(shù)的運行。負責向緩沖器輸入運動控制命令，清空緩沖器和打開關閉緩沖器等操作。等級稍高：Above Normal。
  
（6）緊急控制線程

此線程處理一些需要機床立即做出反應的時間，如機床的急停等。優(yōu)先級最高，等級為：Highest。