基于BOOST庫的數(shù)控NC代碼宏程序編譯器

林礪宗 宋啟盛 林 森 王啟春

（華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200237）

宏程序是現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)重要的標(biāo)志之一。宏的出現(xiàn)使數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)成為可能。只要通過對(duì)變量的修改，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)同一類零件，不同規(guī)格尺寸的加工。大大提高了程序復(fù)用率，簡(jiǎn)化了實(shí)際加工操作。

因此能支持宏程序的編譯器，已成為任何數(shù)控系統(tǒng)的首要基礎(chǔ)。本文用的方法相對(duì)而言較直觀，比起專業(yè)的編譯器實(shí)現(xiàn)要更簡(jiǎn)單，并具有較高的效率。

1 BOOST的概述

一般制作編譯器有用 VC直接開發(fā)的，但是VC6.0本身不支持正則表達(dá)式，因而開發(fā)起來代碼量大，且編譯器運(yùn)行速度慢；有用VC和微軟開發(fā)正則表達(dá)式GRETA代碼編寫的［1］，雖然有正則表達(dá)式能簡(jiǎn)化編程，但 GRETA功能有限；還有用專業(yè)編譯器LEX&YACC［2］，老版本已經(jīng)很難找到，而新版本是付費(fèi)軟件，由于版權(quán)原因，投入商業(yè)開發(fā)會(huì)有版權(quán)問題。

本文選用開放式源代碼庫BOOST，除了版權(quán)免費(fèi)以外，其還包含了正則表達(dá)式及迭代等算法，方便快速編程，且效率高，能較好實(shí)現(xiàn)G代碼及宏代碼的編譯。

BOOST主要包含以下幾個(gè)大類：字符串及文本處理、容器、迭代子（Iterator）、算法、函數(shù)對(duì)象和高階編程、泛型編程、模板元編程、預(yù)處理元編程、并發(fā)編程、數(shù)學(xué)相關(guān)、糾錯(cuò)和測(cè)試、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入/輸出、跨語言支持、內(nèi)存相關(guān)、語法分析、雜項(xiàng)。具有很強(qiáng)大的功能。

2 G代碼和宏代碼的處理

譯碼系統(tǒng)主要是識(shí)別G、M、T、S等代碼，并進(jìn)行詞義、語義的分析［3］。分析完之后把相關(guān)參數(shù)存入代碼數(shù)據(jù)庫中的NC代碼表，如表1所示，為以后運(yùn)行做準(zhǔn)備。通常的做法是在程序中開辟程序緩沖區(qū)，定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體，把代碼的相關(guān)信息存入結(jié)構(gòu)體中［1］。這樣可以加快編譯速度。但對(duì)于突然斷電等情況，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)會(huì)突然丟失，且占用內(nèi)存較大。而現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，每年都能大幅度提高，因此決定放棄部分運(yùn)行速度來提高系統(tǒng)的可靠性，把代碼存入數(shù)據(jù)表中。這樣，即使未存盤，也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。并且所占用的內(nèi)存相對(duì)較少。其較系統(tǒng)自動(dòng)存盤功能的編寫更簡(jiǎn)單。

表1 代碼數(shù)據(jù)庫NC代碼表

2.1 代碼數(shù)據(jù)庫的格式

代碼數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

NC 代碼表存放功能字、X、Y、Z、U、V、W、S、T，平面信息，相對(duì)、絕對(duì)坐標(biāo)，刀號(hào)及公英制信息。

宏代碼表存放宏變量。系統(tǒng)共建立了100個(gè)局部變量，其作用域只存在當(dāng)前的程序中，編號(hào)為#0-#99存儲(chǔ)在數(shù)組中。并有100個(gè)全局變量，其存儲(chǔ)一些相關(guān)的比較重要的系統(tǒng)參數(shù)及自定義函數(shù)，其針對(duì)所有的宏程序，它存儲(chǔ)在宏代碼表中其編號(hào)為#100-#199。

2．2 譯碼系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

（1）譯碼器所定義的關(guān)鍵字及符號(hào)

（2）G代碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義

3 譯碼的總流程（圖2）

譯碼器首先讀入的代碼，根據(jù)判斷符串里是否包含#、IF、WHILE、SIN、GE 等一些代表變量，控制語句，三角函數(shù)，邏輯判定函數(shù)等來區(qū)分是否是宏代碼。

若是宏代碼，則做一些相關(guān)的操作：

（1）變量的替換

在推進(jìn)地下水超采治理試點(diǎn)工作中，始終牢牢把握五條基本原則：一是政府引導(dǎo)、全民行動(dòng)，發(fā)揮好政府和群眾兩個(gè)積極性；二是規(guī)劃統(tǒng)領(lǐng)、科學(xué)治理，年度實(shí)施方案與中長期規(guī)劃有機(jī)銜接，集中連片規(guī)模實(shí)施，務(wù)求治理一片、見效一片、鞏固一片；三是創(chuàng)新機(jī)制、示范帶動(dòng)，探索建立地下水超采治理的有效途徑，力求取得可示范、可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)；四是因地制宜、積極穩(wěn)妥，根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)確定治理模式和工程規(guī)模；五是競(jìng)爭(zhēng)立項(xiàng)、績(jī)效考核，依據(jù)項(xiàng)目前期工作和壓采效果擇優(yōu)實(shí)施，嚴(yán)格把關(guān)、嚴(yán)格獎(jiǎng)懲。

當(dāng)碰到的是賦值語句時(shí)，如#3=10，#100=25.6，首先讀取變量號(hào)，當(dāng)變量號(hào)是0-99時(shí)，此時(shí)代表局部變量，則把值存入內(nèi)存中開辟的數(shù)組中，供當(dāng)前程序調(diào)用；若變量號(hào)是100-199時(shí)，則直接把數(shù)據(jù)存入宏變量數(shù)據(jù)庫中，供所有程序調(diào)用。

當(dāng)存在含變量的代碼時(shí)，如G01 X#3 Y#100，則分別根據(jù)變量從內(nèi)存數(shù)組和宏變量數(shù)據(jù)庫中讀出變量值，并替換原來的變量名，即變?yōu)镚01 X10 Y25.6。

（2）數(shù)值的計(jì)算

當(dāng)遇到是變量的三角函數(shù)或變量的四則運(yùn)算時(shí)，由于VC6.0本身不具備文本運(yùn)算功能，即輸入文本型的數(shù)字，并能計(jì)算這些“數(shù)字”之間的四則運(yùn)算，于是調(diào)用JAVA中的一個(gè)腳本控件msscript.ocx，這樣能方便的達(dá)到目的。

使用此控件時(shí)，只要在expression中定義要計(jì)算的文本字符串，如“3+45.6*3+3/2”，就能很方便的得出結(jié)果。

由于此控件只能針對(duì)四則運(yùn)算，對(duì)于三角函數(shù)等一些函數(shù)的處理則不同。以“SIN［#2+1］”為例，首先判定字符串中有字串“SIN”，再提取“［］”中的內(nèi)容，如果有變量，則先進(jìn)行變量的替換，然后用控件msscript.ocx計(jì)算出“#2+1”的值，最后把文本值轉(zhuǎn)成浮點(diǎn)數(shù)值，用VC自帶的SIN函數(shù)運(yùn)算即可得出結(jié)果。

（3）語法分析和錯(cuò)誤處理

語法的正則表達(dá)式的定義如下所示，用正則表達(dá)式定義了G代碼能識(shí)別的所有關(guān)鍵字，及每個(gè)關(guān)鍵字后的數(shù)值的類型，一旦出現(xiàn)不能識(shí)別的關(guān)鍵字或數(shù)值類型與定義不符，如刀號(hào)T后跟帶有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)值，則正則表達(dá)式判別不能通過，并報(bào)錯(cuò)。

“ *”表示X之前空格可以出現(xiàn)無數(shù)次，也可以不出現(xiàn)，即忽略空格?！埃踃|x］”表示匹配大寫X或小寫x，即忽略大小寫；“？”表示關(guān)鍵字X可以不出現(xiàn)，但最多出現(xiàn)1次，超過則不能通過正則判定報(bào)語法錯(cuò)誤。（（ -｛0，1｝\d+）（ \.\d+）？）？表示數(shù)值可以是一個(gè)帶有符號(hào)的浮點(diǎn)數(shù)或整數(shù)。

若能通過上述正則表達(dá)式，則提取相關(guān)的參數(shù)。以X為例：

除用正則表達(dá)式評(píng)定語法法則外，根據(jù)代碼分類，判定指令之間有沒有沖突：

在讀入G代碼時(shí)，根據(jù)讀入的G代碼功能字（如表2），先分組然后根據(jù)同一行G代碼中出現(xiàn)的功能字，是不是在同一組來判定，代碼之間會(huì)不會(huì)有沖突。

表2 主要G代碼功能分類

4 子程序調(diào)用

運(yùn)行時(shí)首先確認(rèn)是否要調(diào)用子程序，若要調(diào)用子程序則需要先記下當(dāng)前執(zhí)行程序所在的位置及一些相關(guān)局部變量等一些斷點(diǎn)的信息，然后跳轉(zhuǎn)到子程序上；當(dāng)調(diào)用完畢后恢復(fù)所保存的相關(guān)信息，并回到調(diào)用子程序所在位置的下一條指令上（圖3）。

5 分支和循環(huán)語句的處理

宏程序中支持的分支語句有 IF［條件為真］THEN，IF［條件為真］GOTOn（行號(hào)）。循環(huán)主要有WHILE［條件］Don（循環(huán)體編號(hào)）。條件的判斷，依然采用先前的JAVA的腳本控件msscript.ocx和正則表達(dá)式。操作時(shí)先用相應(yīng)的變量值把［］中的變量替換掉，使之成為只有數(shù)字和不等式符號(hào)的表達(dá)式，然后用正則表達(dá)式提?。郏葜械谋磉_(dá)式：

而后使用控件msscript.ocx，其支持不等式的判斷。使用方法與前面不等式計(jì)算的方法一樣，只是在expression中用不等式表達(dá)式即可。為真時(shí)返回-1，為假時(shí)返回0。流程如圖4所示。

6 宏代碼的執(zhí)行情況

運(yùn)用宏程序編寫了一個(gè)走橢圓軌跡的代碼：

并在數(shù)控平臺(tái)上運(yùn)行，運(yùn)行情況如圖5所示。

7 結(jié)語

對(duì)于宏程序的編譯器而言，由于可以進(jìn)行二次開發(fā)，具有很好的前景。本文采用了BOOST庫和JAVA腳本控件制作宏代碼編譯器，可以方便有效地做出帶有分支、循環(huán)語句的編譯器，具有較高的效率。

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