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现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点,受到国内外自动化设备制造商和用户越来越强烈的关注。现场总线控制系统的出现,将给自动化领域带来又一次革命,其深度和广度将超过历史的任何一次,从而开创自动化的新纪元。而现今,存在着40多种现场总线规范,多重标准和不透明的设计使得应用和更换现场总线代价巨大。同时,现场总线的关键技术之一是彼此的互操作性,因此实现现场总线技术的统一成为所有用户的愿望。对于异步通讯机制的研究学术界进行了大量相关的工作。研究内容基本上包括ACM的算法设计、ACM的建模仿真分析、ACM的基本特性分析、ACM的硬件综合实现以及其在系统设计中的应用等方面的内容。但是这种技术在数控系统中的应用始终没有找到一个合适的切入点,课题首次将异步通讯机制应用于数控系统的开发中。同时,面临开放式数控系统实时性和开放性要求,以及对异步通讯机制理论的工程意义探索研究,我们采用异步通讯机制的系统互连架构分析方法来分析设计数控系统现场总线抽象模型,并应用SOPC软/硬件协同设计的系统开发方法来实现现场总线。因此,本论文的主要工作是:在理论研究方面,研究了异步通讯机制的本质、分类方法以及相关特性;大胆提出了应用ACM的系统互连架构建模方法,设计数控系统现场总线抽象模型的建模方法。在工程实践方面,采用SOPC软/硬件协同设计方法和FPGA工程的开发流程;应用Quartus II,SingnalTap II和Nios II IDE等嵌入式EDA开发工具进行数控系统现场总线系统功能的实现,分别实现了基于异步通讯机制的数控系统现场总线的物理层,数据链路层和应用层协议。最后,通过硬件综合,仿真试验验证了基于ACM的数控系统串行总线AFB在数控系统中的良好通讯功能,是应用SOPC技术开发数控现场总线的一个良好实例。