538国产精品一区二区免费视频,久久精品免费电影,99国产精品久久久久久久成人热

問(wèn)題的提出

數(shù)控機(jī)床最重要的工作是自動(dòng)加工在開放式數(shù)控系統(tǒng)中執(zhí)行自動(dòng)加工功能時(shí) 數(shù)據(jù)處理的流程一般如圖 1一個(gè)編制好的加工文件首先經(jīng)過(guò) PC 用戶態(tài)程序的處理完成所謂粗插補(bǔ)的工作然后控制系統(tǒng)再把粗插補(bǔ)的結(jié)果通過(guò) CNC 內(nèi)核俗稱驅(qū)動(dòng) 傳遞給運(yùn)動(dòng)控制卡讓控制卡完成精插補(bǔ)的工作實(shí)際中在 CNC 內(nèi)核層會(huì)完成更多的實(shí)時(shí)性相對(duì)高的工作比如端口掃描為了討論方便忽略這些內(nèi)容

所謂的粗插補(bǔ) 是指對(duì)文件的一系列操作包括對(duì)文件描述的刀路的語(yǔ)義理解速度規(guī)劃軌跡處理插補(bǔ)等等人們之所以選擇在 PC 上完成粗插補(bǔ) 是看中了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力但一般人們不會(huì)采用在 CNC 內(nèi)核層完成粗插補(bǔ)的工作有如下原因 1 Windows 系統(tǒng)在調(diào)度內(nèi)核模式的線程時(shí)不會(huì)自動(dòng)保存和恢復(fù)浮點(diǎn)寄存器中的內(nèi)容如要做需要手工完成 2 CNC 內(nèi)核中的程序不方便調(diào)試俗稱驅(qū)動(dòng)程序不方便調(diào)試 3 為了保證控制卡處理數(shù)據(jù)的完整性一般的控制系統(tǒng)都會(huì)設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)程序由控制卡發(fā)出的中斷來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在中斷服務(wù)程序中一般不宜做特別復(fù)雜的事情有時(shí) 對(duì)于復(fù)雜的插補(bǔ)算法和刀路情形可能需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間這在性能上是不允許的因此人們一般把粗插補(bǔ)工作放在應(yīng)用程序?qū)?/span> 然后把插補(bǔ)結(jié)果傳遞給驅(qū)動(dòng)程序

這里有一個(gè)問(wèn)題當(dāng)用戶應(yīng)用程序完成粗插補(bǔ)后插補(bǔ)結(jié)果的數(shù)據(jù)量一般都是巨大的而用戶程序和內(nèi)核程序之間的數(shù)據(jù)傳遞一般情況下是不方便的這就要求人們找到一種高效的方法來(lái)完成數(shù)據(jù)交換

從 Intel80386 開始出于安全性和穩(wěn)定性的考慮該系列的 CPU 可以運(yùn)行于 ring0~ring3 從高到低四個(gè)不同的權(quán)限級(jí) 對(duì)數(shù)據(jù)也提供相應(yīng)的四個(gè)保護(hù)級(jí)別運(yùn)行于較低級(jí)別的代碼不能隨意調(diào)用高級(jí)別的代碼和訪問(wèn)較高級(jí)別的數(shù)據(jù) 而且也只有運(yùn)行在 ring0 層的代碼可以直接對(duì)物理硬件進(jìn)行訪問(wèn) 由于 WindowsNT 是一個(gè)支持多平臺(tái)的操作系統(tǒng) 為了與其他平臺(tái)兼容它只利用了 CPU 的兩個(gè)運(yùn)行級(jí)別一個(gè)被稱為內(nèi)核模式對(duì)應(yīng) 80 86 的 ring0 層是操作系統(tǒng)的核心部分設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就是運(yùn)行在該模式下另一個(gè)被稱為用戶模式對(duì)應(yīng) 80 86 的 ring3 層操作系統(tǒng)的用戶接口部分就是我們通常所說(shuō)的 Win32 API 以及所有的用戶應(yīng)用程序都運(yùn)行在該級(jí)別

運(yùn)行在這兩個(gè)模式下的程序一般都是通過(guò)專門的 API 應(yīng)用程序接口函數(shù) DeviceIOControl 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的用戶模式程序通過(guò)該函數(shù)向內(nèi)核程序申請(qǐng)服務(wù) 同時(shí)把需要傳遞的數(shù)據(jù)一并告知內(nèi)核程序在接收到該服務(wù)申請(qǐng)信息以后將傳遞的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核的緩沖區(qū)中這就造成在傳遞數(shù)據(jù)之前和傳遞到內(nèi)核程序以后都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的拷貝并且 DeviceIOControl 函數(shù)在執(zhí)行時(shí)也有較大的開銷因此造成用這種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞效率不高為了解決上述方案的不足本文給出另一種使用內(nèi)存映射的方式來(lái)完成數(shù)據(jù)交換的方法

2.內(nèi)存映射方式傳遞數(shù)據(jù)

我們知道 32 位 Windows 操作系統(tǒng)會(huì)為每個(gè)應(yīng)用程序分配 4G 的內(nèi)存地址空間這些在邏輯上連續(xù)的內(nèi)存地址所對(duì)應(yīng)的物理地址其實(shí)并不一定連續(xù) 既有可能把不相鄰的存儲(chǔ)空間映射成相鄰的也可能把相鄰的物理塊映射成不相鄰的邏輯地址同時(shí) 它還具有把同一塊物理存儲(chǔ)設(shè)備分別映射到不同的地址的能力本方案使用的就是操作系統(tǒng)的后一種能力

方案思路將某一塊內(nèi)存空間分別映射到內(nèi)核地址空間和用戶模式地址空間這樣兩種模式下的程序就可以直接對(duì)該內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行讀寫從而達(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的

圖 2 中物理內(nèi)存 C 被分別映射成用戶地址空間的 A 和內(nèi)核地址空間的 B內(nèi)核模式程序從 B 處開始讀取數(shù)據(jù) 用戶程序從 A 處開始寫入數(shù)據(jù)

Windows 提供了相應(yīng)的 API 函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 整個(gè)過(guò)程敘述如下

首先申請(qǐng)一個(gè) MDL 內(nèi)存描述表 memory descriptor list 用來(lái)映射我們需要大小的內(nèi)存地址然后從已獲得的 MDL 分配一塊物理內(nèi)存獲得其起始地址最后把這塊內(nèi)存地址映射到用戶地址空間中上述過(guò)程依次使用 IoAllocateMdl MmBuildMdlForNonPagedPool 和 MmMapLockedPages 三個(gè) API 函數(shù)

下面是一個(gè)例子假設(shè) CNccmdFifo 為描述緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

CNccmdFifo NccmdFifo;

PMDL pMdlNccmdFifo = IoAllocateMdl(&NccmdFifo, sizeof(NccmdFifo), false, false, NULL);

MmBuildMdlForNonPagedPool(pMdlNccmdFifo);

void* pNccmdFifoUserSpace = (CNccmdFifo*)MmMapLockedPages(pMdlNccmdFifo, UserMode);

現(xiàn)在 pNccmdFifoUserSpace 即為用戶在用戶模式中也能訪問(wèn)的地址從這以后用戶可以直接在用戶模式中向該地址寫入數(shù)據(jù) 也可以直接從內(nèi)核模式讀取該緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)

3.效率比較

作者所從事的工作是開發(fā)開放式數(shù)控系統(tǒng) 為了對(duì)比如上兩種方案的效率在公司一款已經(jīng)成熟的產(chǎn)品上做測(cè)試結(jié)果表明使用內(nèi)存直接映射的方式在效率上有較大的優(yōu)勢(shì) 表 1 是一些測(cè)試數(shù)據(jù)

表 1 所測(cè)試的文件約 500 行從數(shù)據(jù)可以看出使用緩沖區(qū)映射方式所花費(fèi)的時(shí)間只有使用普通方式用 DeviceIOControl 交換的 78.85% 效率明顯提高

表 2 是更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表 2 能看出內(nèi)存映射方式有較大優(yōu)勢(shì)

4.優(yōu)缺點(diǎn)和一些問(wèn)題

因?yàn)閷?duì)讀寫信息存儲(chǔ)時(shí)為了避免因?yàn)榫€程的調(diào)度而產(chǎn)生問(wèn)題需要讓記錄在一個(gè)指令中完成這意味著從理論上講該映射空間不能太大不能大于 2^32 4G 實(shí)際上這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠用的

內(nèi)存映射要求使用物理內(nèi)存進(jìn)行映射不能將這些內(nèi)存用作交換區(qū) 減少了交換區(qū)內(nèi)存的使用量實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜要求對(duì) Windows 操作系統(tǒng)有較深的了解

因?yàn)閷?duì)緩沖區(qū)的訪問(wèn)是在不同的線程中進(jìn)行的一個(gè)讀另一個(gè)可能會(huì)同時(shí)寫需要處理訪問(wèn)沖突的情況

在對(duì)比兩種數(shù)據(jù)交換方式的效率時(shí) 筆者發(fā)現(xiàn) 如果遇到一些極端的加工文件它們?cè)诖植逖a(bǔ)階段需要花費(fèi)較多的時(shí)間的話整體的效率差別就會(huì)比較小這是本方案在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要考慮到的一點(diǎn)

本文由 伯特利技術(shù)文章整理發(fā)表，文章來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅參考學(xué)習(xí)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。

伯特利數(shù)控一直以盡心、盡力、盡意的態(tài)度把握每一臺(tái) 加工中心、鉆攻中心的質(zhì)量

相關(guān)文章可查閱本站：技術(shù)文章 或本文下方標(biāo)簽分類

相關(guān)產(chǎn)品可查閱本站：產(chǎn)品中心

介紹一種基于PC端Windows中內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)之間交互數(shù)據(jù)的用法

相關(guān)內(nèi)容

介紹一種基于PC端Windows中內(nèi)核態(tài)

產(chǎn)品中心

U260T五軸鉆攻中心

U260V五軸加工中心

U350V五軸加工中心

聯(lián)系我們

關(guān)注官方微信