随着各种嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统的出现,开发嵌入式数控系统具有现实可行性。本文描述了嵌入式数控系统体系结构,介绍了其设计方法。基于该体系结构,提出并实现了两种全新的方案,其中,第二个方案采用当前嵌入式系统的前沿技术,替代了基于微处理器或微控制器的数控控制单元。相比传统的系统,这种数控系统具有可升级、可扩展的优点。本文提出了一种嵌入式数控系统参考体系结构,该结构部分继承了国家数控工程中心研制的华中数控系统体系结构,具有开放、灵活和易维护的特点。设计了基于该体系结构的两种应用方案,即世纪星硬件平台+ETS嵌入式实时操作系统和NiosⅡ软核处理器平台+μC/OS-II嵌入式实时内核。第二种方案用软核处理器设计数控系统,是设计片上可编程数控系统(SOPC)新的尝试。探讨了嵌入式数控系统中任务的处理方法,包括任务划分、任务优先级的安排等,重点集中在任务调度。按执行时间来分,数控系统任务被划分为周期性任务和非周期性任务;按重要性程度,数控系统任务被划分为硬实时任务和软实时任务。任务划分和优先级安排完成后,探讨了任务调度和任务通信。介绍了人机界面的设计方法,尤其是三维图形的显示方法。采用了UML建模语言来分析人机界面各组件之间的关系,并讨论了一种新的消除不可见部分冗余运算的三维显示体系。这种方法在嵌入式数控软件平台上以三维实体显示得到了验证。基于前面的理论研究,开发了两种应用方案,编写了测试程序对平台功能进行测试。结果显示:两种方案具有现实可行性,相比普通数控系统,嵌入式数控系统具有实时、稳健、低成本、低功耗的特征。