运动控制器是数控(CNC)系统中的核心装置。随着开放式体系结构数控系统概念的提出与发展,新一代CNC系统在设计时,不仅要考虑系统的实时性、加工精度、用户操作的简洁性、故障诊断和系统安全保护等常规问题,还需考虑系统软件的后续升级维护、跨平台移植以及用户在系统平台之上进行二次应用开发等新需求所带来的新问题。本文主要研究开放式CNC系统的运动控制器的系统软件构架与关键模块的设计。该运动控制器硬件平台使用德州仪器(TI)公司的TMS320C6713系列DSP为主控制器,Actel公司的FPGA为辅助通信控制器和数字逻辑电路扩展接口。DSP使用了TI提供的BIOS可抢占实时内核,通过该实时内核可以实现对底层硬件的访问与多任务程序开发。分析了系统的实时性需求,参考了开放式数控系统标准模型,在实验室硬件平台基础上,分析系统软件的当前功能需求和未来升级与移植的需求。然后,结合标准模型和系统需求,设计并开发了包含硬件抽象层、中间层与用户访问接口层的三层运动控制器系统软件架构。架构如下:(1)硬件抽象层(HAL),该层对硬件平台的驱动和BIOS内核的接口函数进行了抽象和包装,使得驱动和内核的访问接口符合POSIX机制,便于整个软件架构未来能够兼容并移植到支持POSIX标准的Linux系统平台。(2)中间层,该层在HAL层的基础上,开发了通信协议、G代码解释、运动轨迹计算与插补、设备管理等4个专业功能核心函数库。(3)用户访问接口层(API),该层在中间层的基础上,规划出用户应用程序访问接口(API),使得用户能够通过该接口,进行数控相关领域二次应用功能开发。最后,在API接口上,开发出七个核心用户任务,制定了任务之间协作与交互的运行机制,并结合HMI的界面对核心任务进行了实验调试和功能验证。