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Entwurf partitionierter NC-Steuerungen zur Ausführung auf Multicore-Systemen
(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Keinert, Matthias; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)
NC-Steuerungen werden in ihrer Funktionalität kontinuierlich erweitert und weiterentwickelt, um den Anforderungen neuer Anwendungsfälle gerecht zu werden und die Bearbeitungseffizienz und -qualität von Werkzeugmaschinen zu verbessern. Damit einher geht ein steigender Bedarf an Rechenleistung. Gleichzeitig besteht der Anspruch, dass die Kosten der unterlagerten Systemplattform nicht ansteigen. Mit Multicore-Prozessoren besteht eine Technologie, die in allen Bereichen der Computersysteme Einzug hält und auch für Embedded und Echtzeitsysteme an Bedeutung gewinnt. Die Multicore-Technologie kann den waschsenden Bedarf an Rechenleistung befriedigen und gleichzeitig den Anforderungen an die Kosten standhalten. Folglich ist der Einsatz von Multicore-Prozessoren für NC-Steuerungen aus technologischer und wirtschaftlicher Sicht erstrebenswert. Der effiziente Einsatz der Multicore-Technologie für spezifische Anwendungen ist maßgeblich davon abhängig, ob die verfügbare Leistung durch die auszuführende Software genutzt werden kann. Diese muss möglichst effizient auf die verfügbaren Prozessorkerne eines Multicore-Systems aufteilbar sein. Diesbezüglich weisen NC-Steuerungen ein Defizit auf. Speziell der NC-Kern, der maßgeblich für die Leistungsfähigkeit einer NC-Steuerung verantwortlich ist, weist nur ein geringes Potenzial für die parallele Ausführung auf einem Multicore-Prozessor auf. Die vorliegende Arbeit präsentiert deshalb einen Ansatz den NC-Kern in unabhängig voneinander ausführbare Teilaufgaben, sogenannte Tasks zu zerlegen und damit zu befähigen, die Leistungsfähigkeit von Multicore-Prozessoren auszunutzen. Dieser Partitionierungsansatz stützt sich auf Entwurfsmuster für parallele Systeme, einmal hinsichtlich der Zerlegung des NC-Kerns und dessen Funktionen in unabhängig ausführbare Tasks, zum anderen bezüglich der Koordination derselben. Zur Bewertung des Partitionierungskonzepts beschreibt diese Arbeit die Anwendung und damit spezifische Ausprägung der Partitionierung für ausgewählte Funktionen des NC-Kerns. Die nachgelagerte Analyse des Speedups und der Effizienz hinsichtlich der betrachteten Funktionen bestätigt, dass das vorgestellte Partitionierungskonzept für NC-Steuerung zielführend im Sinne einer Leistungssteigerung angewendet werden kann.