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總線等軟硬件平臺則是數控系統的基礎平臺，是決定“大腦”性能的關鍵部件。目前，國產數控系統CPU被國外產品所壟斷，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”，中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司（以下簡稱沈陽計算所）承擔了高檔數控機床與基礎制造裝備國家科技重大專項的基于國產龍芯CPU芯片的高檔數控裝置、開放式數控系統支撐技術創新平臺建設等多項課題，成功解決了基于國產微處理芯片與現場總線的數控系統開放問題，使國產數控機床安裝“中國腦”不再是夢想。

從牽著走到領著跑

數控系統長期受制于人是中國數控機床業的短板。通過攻關，沈陽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，開發了數控軟件的龍芯平臺跨平臺編譯運行技術以及基于自動配置的多平臺編譯技術。

為了使數控軟件與系統硬件平臺和軟件平臺解耦合，進一步跨平臺，沈陽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關的特性，從而達到可在多種平臺上進行跨平臺移植的目的，進一步保證系統的可伸縮性和可擴展性。同時，為了實現數控系統不同模塊之間的跨平臺通訊，沈陽計算所設計了龍芯高檔數控硬件平臺，通過增加系統中處理器/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需求不同，沈陽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解決數控軟件的跨硬件平臺兼容性；采用統一通信庫實現數控軟件模塊間的跨平臺通信等關鍵技術，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縫編譯運行。在數控系統軟件設計過程中，沈陽計算所將與硬件相關的代碼封裝為硬件抽象層，實現硬件平臺特性代碼與軟件功能代碼分離。

從創新技術到批量應用

課題不僅解決了基于國產龍芯處理器的跨平臺技術，還開發出多通道多軸聯動及復合加工控制、高速程序預處理、智能故障診斷與遠程監控、數控總線協議等關鍵技術，制定了國內首部具有自主知識產權數控總線技術國家標準。

基于國產龍芯處理器芯片的藍天數控系統是課題繁衍出的重要產品。它的成功研制，顯著提升了我國數控裝置的自主化程度、產業化水平。

藍天數控系統采用國產龍芯處理器芯片和自主產權的現場總線，可擴展多種總線和傳感器接口，功能和性能達到了國際高檔數控系統先進水平，但較國外同類產品用戶使用成本大幅降低，可以廣泛應用于機床、自動化生產線、柔性制造等領域，實現了自主可控的軟硬件平臺在工業控制領域的批量應用，進一步提高了國產裝備制造業的競爭力和自主可控性。

專項素描

基于國產龍芯CPU芯片的高檔數控裝置、開放式數控系統支撐技術創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項的重點支持方向之一。本組課題開發了新一代基于國產龍芯處理器芯片的藍天數控系統，并進行配套應用。

重大突破

課題成功解決了基于國產微處理芯片與現場總線的數控系統開放問題，開發了基于開放式與網絡化結構的新一代總線式全數字高檔數控產品，實現了與帶AB軸的高速五聯動加工中心等的配套應用，并針對航空航天、汽車制造等重點領域開展配套應用工作，滿足了重點領域用戶對國產高檔數控系統的配套要求。

應用前景

配套國產CPU的藍天數控系統，實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，尤其是國防軍工行業的技術安全。該系統在替代進口，實現航空航天等重點領域的配套應用方面前景廣闊。