數控系統是數控機床的“大腦”，而CPU、基于CPU芯片的數控系統控制板卡、操作系統以及數控系統現場(chǎng)總線(xiàn)等軟硬件平臺則是數控系統的基礎平臺，是決定“大腦”性能的關(guān)鍵部件。目前，國產(chǎn)數控系統CPU被國外產(chǎn)品所壟斷，因此在器件采購、應用軟件的升級、數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)高檔數控系統性能與可靠性的提高。

　　為了給數控機床安上純正的“中國腦”，中國科學(xué)院沈陽(yáng)計算技術(shù)研究所有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)沈陽(yáng)計算所)承擔了高檔數控機床與基礎制造裝備國家科技重大專(zhuān)項的基于國產(chǎn)龍芯CPU芯片的高檔數控裝置、開(kāi)放式數控系統支撐技術(shù)創(chuàng )新平臺建設等多項課題，成功解決了基于國產(chǎn)微處理芯片與現場(chǎng)總線(xiàn)的數控系統開(kāi)放問(wèn)題，使國產(chǎn)數控機床安裝“中國腦”不再是夢(mèng)想。

　　從牽著(zhù)走到領(lǐng)著(zhù)跑

　　數控系統長(cháng)期受制于人是中國數控機床業(yè)的短板。通過(guò)攻關(guān)，沈陽(yáng)計算所成功建立了統一硬件抽象層概念和跨平臺統一通訊建模方法和通訊機制，開(kāi)發(fā)了數控軟件的龍芯平臺跨平臺編譯運行技術(shù)以及基于自動(dòng)配置的多平臺編譯技術(shù)。

　　為了使數控軟件與系統硬件平臺和軟件平臺解耦合，進(jìn)一步跨平臺，沈陽(yáng)計算所提出了統一硬件抽象層的概念HAL(HardwareAbstractionLayer)。HAL硬件抽象層隱藏了不同數控硬件平臺的硬件接口細節，為上層的系統提供標準的穩定的虛擬硬件平臺，使數控系統軟件具有與硬件無(wú)關(guān)的特性，從而達到可在多種平臺上進(jìn)行跨平臺移植的目的，進(jìn)一步保證系統的可伸縮性和可擴展性。同時(shí)，為了實(shí)現數控系統不同模塊之間的跨平臺通訊，沈陽(yáng)計算所設計了龍芯高檔數控硬件平臺，通過(guò)增加系統中處理器/控制器的數量，大大提高了平臺計算能力。

　　針對高、中檔數控系統的用戶(hù)需求不同，沈陽(yáng)計算所采用平臺抽象層屏蔽操作系統調用接口的差異;采用多平臺的編譯技術(shù)解決數控軟件的跨硬件平臺兼容性;采用統一通信庫實(shí)現數控軟件模塊間的跨平臺通信等關(guān)鍵技術(shù)，保證了數控軟件一次設計，可以在x86、龍芯、ARM等不同硬件平臺和不同操作系統上無(wú)縫編譯運行。在數控系統軟件設計過(guò)程中，沈陽(yáng)計算所將與硬件相關(guān)的代碼封裝為硬件抽象層，實(shí)現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(kāi)發(fā)出多通道多軸聯(lián)動(dòng)及復合加工控制、高速程序預處理、智能故障診斷與遠程監控、數控總線(xiàn)協(xié)議等關(guān)鍵技術(shù)，制定了國內首部具有自主知識產(chǎn)權數控總線(xiàn)技術(shù)國家標準。

　　基于國產(chǎn)龍芯處理器芯片的藍天數控系統是課題繁衍出的重要產(chǎn)品。它的成功研制，顯著(zhù)提升了我國數控裝置的自主化程度、產(chǎn)業(yè)化水平。

　　藍天數控系統采用國產(chǎn)龍芯處理器芯片和自主產(chǎn)權的現場(chǎng)總線(xiàn)，可擴展多種總線(xiàn)和傳感器接口，功能和性能達到了國際高檔數控系統先進(jìn)水平，但較國外同類(lèi)產(chǎn)品用戶(hù)使用成本大幅降低，可以廣泛應用于機床、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、柔性制造等領(lǐng)域，實(shí)現了自主可控的軟硬件平臺在工業(yè)控制領(lǐng)域的批量應用，進(jìn)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(zhuān)項素描

　　基于國產(chǎn)龍芯CPU芯片的高檔數控裝置、開(kāi)放式數控系統支撐技術(shù)創(chuàng )新平臺建設等課題是高檔數控機床與基礎制造裝備國家科技重大專(zhuān)項的重點(diǎn)支持方向之一。本組課題開(kāi)發(fā)了新一代基于國產(chǎn)龍芯處理器芯片的藍天數控系統，并進(jìn)行配套應用。

　　重大突破

　　課題成功解決了基于國產(chǎn)微處理芯片與現場(chǎng)總線(xiàn)的數控系統開(kāi)放問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了基于開(kāi)放式與網(wǎng)絡(luò )化結構的新一代總線(xiàn)式全數字高檔數控產(chǎn)品，實(shí)現了與帶AB軸的高速五聯(lián)動(dòng)加工中心等的配套應用，并針對航空航天、汽車(chē)制造等重點(diǎn)領(lǐng)域開(kāi)展配套應用工作，滿(mǎn)足了重點(diǎn)領(lǐng)域用戶(hù)對國產(chǎn)高檔數控系統的配套要求。

　　應用前景

　　配套國產(chǎn)CPU的藍天數控系統，實(shí)現了與高檔機床的配套應用，有利于保障我國數控機床行業(yè)，尤其是國防軍工行業(yè)的技術(shù)安全。該系統在替代進(jìn)口，實(shí)現航空航天等重點(diǎn)領(lǐng)域的配套應用方面前景廣闊。