專利名稱：結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器的制作方法
技術領域：
本實用新型關于一種結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器， 特別是指一種提供即時及非即時系統的多工處理器，此種分工架構有效減少處理單元的運算負擔，使得處理器對于運動控制的運算更有效率。
背景技術：
早期大部分的工業電腦只包含一顆中央處理器，在單核心(Core)的情況下，多工只是簡單迅速地切換各程序，讓每個程序都能夠運行，在多核心或多處理器的情況下，所有程序透過許多協同技術在各處理器或核心上轉換，越多程序同時運行，每個程序能分配到的時間比率就越小，很多作業系統在遇到此問題時會出現諸如音效斷續或滑鼠跳格的情況，稱做崩潰(Thrashing)，一種作業系統只能不停運行自己的管理程式并耗盡系統資源的狀態，使其他使用者或硬件的程式都無法運行。然而，在工具機設備開發中，尤其對于高速的工具機設備，即時控制系統占有舉足輕重的角色，而在即時控制系統中，有些作動也屬于即時程序，需在限定的時間內傳遞即時信號給電腦，而電腦也必須傳遞即時數據給即時信號處理裝置，但有些工具機，其電腦的控制系統可能需要非即時傳輸的多工系統；例如當人員再進行操控機臺時，提供一個讓使用者與系統互動的操作界面，就會使用以類似LinUX、UNIX、Wind0WS等多工的非即時系統；而當電腦為非即時傳輸的系統時，即時信號處理裝置運作就會出現如數據傳輸逾時，或是未依照數據順序傳輸的錯誤發生，使得即時信號與非即時信號彼此之間無法溝通，造成裝置無法正常運作。由此可見，上述現有物品仍有諸多缺點，實非一良善的設計，而亟待加以改良。本案實用新型的設計人鑒于上述現有多工處理器所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，并經苦心孤詣潛心研究后，終于成功研發完成本件結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器。
發明內容本實用新型的主要目的即在于提供一種結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，第一處理單元作為非即時作業系統，而第二處理單元作為即時作業系統，專門處理即時作業的程序，此種分工架構有效減少處理單元的運算負擔，使得處理器對于運動控制的運算更有效率。本實用新型的次一目的在于提供一種結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，其特征在于，所述第一處理單元及第二處理單元間，更包括有以通信界面作為數據傳輸界面。本實用新型的另一目的在于提供一種結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，其特征在于，所述第一處理單元及第二處理單元間，更包括有暫存的存儲器單元作為數據傳輸界面，其所提供存儲器空間能提供第一處理單元與第二處理單元可從此存儲器空間中作為溝通界面。可達成上述實用新型目的之結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，包括具有多個晶粒以及具有與每一晶粒連接的連接元件，其特征在于，第一晶粒嵌入第一處理單元以及第二處理單元，所述第一處理單元作為非即時作業系統，專門處理非即時作業所下達的程序、指令并進行操作參數的非即時監控及運算，以達到非即時作業；而所述第二處理單元作為即時作業系統，專門處理即時作業的程序，用以處理即時作業系統所下達的程序、指令并進行操作參數的即時監控及運算，以達到即時作業；而第二晶粒嵌入運動控制單元，所述運動控制單元接收第二處理單元所解析的數據，執行以控制運動控制參數，并驅動裝置的動作。實施時，所述第二晶粒進而包括嵌入邏輯控制單元，所述運動控制單元執行程序中的運動參數，所述邏輯控制單元執行程序中的邏輯控制參數，使第二晶粒同時執行多工處理，以便能兼顧運動控制與時序控制來驅動裝置的動作。實施時，所述邏輯控制單元也解析程序中的邏輯控制參數，以執行程序中的邏輯控制參數，以作為輸入/輸出的時序控制。實施時，所述第一晶粒進而包含視頻圖形陣列，該視頻圖形陣列專門用以處理視頻圖像的運算。實施時，所述第一晶粒進而包含網絡單元，該網絡單元專門用以處理網絡通信的運算。與現有技術相比，本實用新型所述的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，是提供即時及非即時系統的多工處理器，此種分工架構有效減少處理單元的運算負擔，使得處理器對于運動控制的運算更有效率。

圖IA為本實用新型結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器的示意圖；圖IB為本實用新型結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器的以動態存儲器作為核心溝通界面的示意圖；圖IC為本實用新型結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器的以通信界面作為核心溝通界面的示意圖；圖2為圖1的多工處理器其第二晶粒再嵌入邏輯控制單元的示意圖；圖3為多工處理器其第一晶粒再嵌入視頻圖形陣列的示意圖；圖4為圖3的多工處理器其第二晶粒再嵌入邏輯控制單元的示意圖；圖5為多工處理器其第一晶粒再嵌入網絡單元的示意圖；圖6為圖5的多工處理器其第二晶粒再嵌入邏輯控制單元的示意圖；圖7為多工處理器其第一晶粒再嵌入視頻圖形陣列與網絡單元的示意圖；圖8為圖7的多工處理器其第二晶粒再嵌入邏輯控制單元的示意圖。附圖標記說明1-處理器；11-第一晶粒；12-第二晶粒21-第一處理單元；22-第二處理單元；23-存儲器單元；24-通信界面；3-運動控制單元；4-連接元件；5-邏輯控制單元；6-視頻圖形陣列；7-網絡單元。
具體實施方式
請參閱圖1A，本實用新型所提供的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，主要包括有具有多個晶粒以及具有與每一晶粒連接的連接元件4，所述第一晶粒11嵌入第一處理單元21以及第二處理單元22，所述第一處理單元21作為非即時作業系統，專門處理非即時作業系統與存儲器單元23之間的程序分配，決定系統資源供需的優先次序與管理檔案系統，輪流分配各個使用者的工作，時間配額一到，無論是否完成，都必須將使用權交給即時作業系統；尚未完成的程序在即時系統輪完一周期后，又會從原本中斷處繼續執行，以達到非即時多工作業；而所述第二處理單元22作為即時作業系統，專門處理即時作業系統的程序，將一個程序轉移到下一個程序，而且一次只能執行一個程序，若同時有多個程序， 后面的程序則必須等到前面的程序完成后，才能開始執行，以達到即時單工作業；第二晶粒 12嵌入運動控制單元3，而所述運動控制單元3用以接收第二處理單元22所解析的數據， 執行以控制運動控制參數，并驅動裝置的動作。非即時作業系統，一般可以提供任務調度、時間管理、任務間通信和同步以及存儲器管理，如Windows系列作業系統(除CE外)，均屬非即時系統(Non Real Time 0S)，在高速高精的需求，作業系統的選擇常取決于人機界面的開發與即時性的問題，單一處理器若要快速更新人機界面顯示會產生資源不足，而無法符合要求的窘境，但在Windows開發人機件面卻是相當便捷的事情，因此采用Windows時往往會搭配緩沖儲存器架構(First In First Out,FIFO)讓命令不至于產生連接不上的問題；即時作業系統(Real Time OS)擁有最優先執行的權限，能夠隨時對輸入信號做出立即的回應，泛指所有具有一定即時程序以及通信能力的單工處理，所有的執行程序一定是可預測時間內執行完成，不會造成即時作業系統停滯的問題，所以不會造成運動作業單元信號的錯誤或1/0信號遺失等問題。當即時作業系統以一定周期處理即時作業的程序，并接收與解析即時作業系統所下達的程序、指令后進行操作參數的即時監控及運算；非即時作業系統則利用即時作業系統的程序進入等待狀況時，就轉移到非即時作業系統的程序，處理非即時作業所下達的程序，充分利用硬體資源來實現多個任務，一般非即時系統包括有Linux、UNIX以及Windows 等多工處理系統；即時系統會找出多項指令中最關鍵的程序，并在第一時間內優先執行程序，再將所解析的即時數據傳送給運動控制單元3，并執行運動控制參數，而驅動裝置。在圖IA的多工處理器1中，包括一封裝基板、二晶粒以及二晶粒之間的連接元件 4。所述封裝基板可提供第一晶粒11與第二晶粒12設置，或晶粒之間的連接元件4裝設于其上、或進而包含于封裝基板內的被動元件、或電晶體、其他集成電路間的連接。在實施例中，額外的運動控制核心(運動控制功能電路)可包含在同一晶粒中、或可被包含在同一封裝上分離的晶粒中，晶粒可使用打線接合技術或卷帶晶粒自動接合技術(TAB)來將晶粒連接至封裝基板上。在實施例中處理器1是一雙晶粒核心處理器、或一多晶粒核心處理器、或一單一晶粒上包含兩個以上處理器1。本實用新型為封裝基板包含第一晶粒11與第二晶粒12，第一晶粒11嵌入有第一處理單元21及第二處理單元22，而第二晶粒12嵌入有運動控制單元 3。
5[0032]圖IB為另一實施例，其特征在于，所述第一處理單元21及第二處理單元22間，更包括有暫存的存儲器單元23作為數據傳輸界面，其所提供存儲器空間能提供第一處理單元21與第二處理單元22可從此存儲器空間中作為溝通界面，所述存儲器單元23可以是動態隨機存取存儲器(DRAM)也或者快閃存儲器(Flash memory)等其他存儲器單元23，本實用新型實施力并不局限單一種存取存儲器單元23。圖IC為另一實施例，其特征在于，所述第一處理單元21及第二處理單元22間，更包括有以通信界面M作為數據傳輸界面；上述的通信界面M簡單來說就是將第一處理單元21及第二處理單元22設成具有主元件/從元件(Master/Slave)關系，在這邊要說明的是，兩個處理單元無論哪者是主元件/從元件都可，又主元件為時脈的提供者，可發起讀取從元件或寫入從元件作業。上述所提到的通信界面M以固定時脈做封包數據的更新與交換，確保參數傳送的同步性。本實用新型的多工處理器1為實現對稱多處理架構，其能在嵌入運動控制單元3 的第二晶粒12進行運動控制進程的同時，又能于第一晶粒11并行執行不同的進程。第一處理單元21處理非即時控制的程序，而第二處理單元22處理即時控制的程序，運動控制命令則由運動控制單元3來專責處理，此種分工架構有效減少處理單元21的運算負擔，使得處理器1對于運動控制的運算更有效率。尤其因運動控制單元3的存在，有效地因應了工具機的高速運動命令及回授補償的計算，即時完成運動控制需求。使得本實用新型的處理器1能更快速且彈性地變更的使用者需求，直接動態調整運動。如圖2所示，本實用新型的第二晶粒12嵌入運動控制單元3與邏輯控制單元5，所述運動控制單元3執行程序中的運動參數，所述邏輯控制單元5則執行程序中的邏輯控制參數，使第二晶粒12同時執行多工處理，以便能兼顧運動控制與時序(順序)控制來驅動裝置的動作。所述運動控制單元3能連結邏輯控制單元5來執行邏輯控制時序，以設定所述邏輯控制單元5的輸出/輸入時序作業，配合執行運動控制參數以控制裝置的動作。圖3為多工處理器1上的視頻圖形陣列6處理視頻圖像運算的應用，其特征在于第一晶粒11更包含視頻圖形陣列6。視頻圖形陣列6是專門用以處理視頻圖像的運算，當輸入的程序中內含視頻圖像數據的運算，都由視頻圖形陣列6負責運算處理，可有效減少第一處理單元21或第二處理單元21的運算負擔，使得運動控制單元3的整體運作更有效率。而圖4為圖3的多工處理器1其嵌入運動控制單元3的第二晶粒12再嵌入邏輯控制單元5的示意圖，其邏輯控制單元5其工作原理也與上述說明相同。圖5為多工處理器1上的網絡單元7處理網絡通信運算的應用，所述網絡單元7 是由一以太網(Ethernet)或一異步傳輸標準界面(RS232)、一 RS422、一 RS485或一控制器局部網(CONTROLLER AREA NETWORK,CAN)總線所構成，專門用以處理網絡通信的運算，當輸入的程序包含網絡通信數據時，其運算就由網絡單元7來專門處理，利用網絡單元7來做即時數據互通。圖6為圖5的多工處理器1其具有運動控制單元3的第二晶粒12內再嵌入邏輯控制單元5的示意圖，其邏輯控制單元5其工作原理也與上述說明相同。圖7為多工處理器1上的視頻圖形陣列6與網絡單元7處理視頻圖像與網絡通信的運算，其顯示第一晶粒11上更包含視頻圖形陣列6與網絡單元7，而視頻圖形陣列6與網絡單元7的功能如上所述，為一多處理架構，其能在進行運動控制進程的同時，又能并行執行視頻圖像數據的運算與處理網絡通信的運算的進程，以達多處理架構功效的處理器1。圖8為圖7的多工處理器1其具有運動控制單元3的第二晶粒12再嵌入邏輯控制單元5 的示意圖，其邏輯控制單元5其工作原理也與上述說明相同。本實用新型所提供的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器， 與前述引證案及其他現有技術相互比較時，更具有效減少處理單元的運算負擔，使得處理器對于運動控制的運算更有效率。以上說明對本實用新型而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落入本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，具有多個晶粒以及具有與每一多晶粒連接的連接元件，其特征在于，第一晶粒嵌入第一處理單元以及第二處理單元；所述第一處理單元作為非即時作業系統，專門處理非即時作業所下達的程序、指令并進行操作參數，以達到非即時作業；而所述第二處理單元作為即時作業系統，專門處理即時作業的程序，用以處理即時作業系統所下達的程序、指令并進行操作參數，以達到即時作業；第二晶粒嵌入運動控制單元；而所述運動控制單元接收第二處理單元所解析的數據，執行以控制運動控制參數，并驅動裝置的動作。
2.如權利要求1所述的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，其特征在于，所述第一處理單元及所述第二處理單元間，更包括有以通信界面作為數據傳輸界面。
3.如權利要求1所述的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，其特征在于，所述第一處理單元及所述第二處理單元間，更包括有暫存的存儲器單元作為數據傳輸界面，該暫存的存儲器單元所提供存儲器空間能提供所述第一處理單元與所述第二處理單元以從該存儲器空間中作為溝通界面。
4.如權利要求1所述的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，其特征在于，所述第二晶粒進而包括嵌入邏輯控制單元，所述邏輯控制單元用以執行程序中的邏輯控制參數，以同時執行處理運動控制與時序控制來驅動裝置的動作。
5.如權利要求4所述的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，其特征在于，所述邏輯控制單元也解析程序中的邏輯控制參數，以執行程序中的邏輯控制參數，以作為輸入/輸出的時序控制。
6.如權利要求1所述的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，其特征在于，所述第一晶粒進而包含視頻圖形陣列，該視頻圖形陣列專門用以處理視頻圖像的運算。
7.如權利要求1所述的結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，其特征在于，所述第一晶粒進而包含網絡單元，該網絡單元專門用以處理網絡通信的運算。
專利摘要本實用新型提供了一種結合即時與非即時作業系統于運動控制核心的多工處理器，具有多個晶粒以及具有與每一晶粒連接的連接元件，其特征在于第一晶粒嵌入第一處理單元以及第二處理單元，所述第一處理單元作為非即時控制系統，專門處理非即時控制所下達的程序、指令并進行操作參數，以達到非即時控制；而所述第二處理單元作為即時控制系統，專門處理即時控制的程序，用以處理即時作業系統所下達的程序、指令并進行操作參數，以達到即時控制；而第二晶粒嵌入運動控制單元，所述運動控制單元接收第二處理單元所解析的數據，執行以控制運動控制參數，并驅動裝置的動作。
文檔編號G05B19/418GK202008602SQ201120013780
公開日2011年10月12日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者施正修 申請人:寶元數控精密股份有限公司