在激光雕刻、表面贴装、3D打印等设备当中,嵌入式数控系统软件被广泛使用,因而改善其性能意义重大。为进一步改善嵌入式数控系统性能与可靠性,本文主要做了如下相关研究:(1)研究了嵌入式数控系统包括显示、译码、圆弧处理、速度规划、插补与加减速离散化及驱动等在内的常用功能及其原理;同时研究了各功能模块之间的调用关系,参数的传递、传递数据的结构与类型以及嵌入式数控系统软件框架等。(2)为了进一步兼顾加工的高效与平稳,给出了动态前瞻后顾规划算法及一套相对完整的加减速规划流程。首先将根据相邻两段直线之间的夹角大小来计算相邻两段直线之间的衔接速度;其次使用前瞻后顾算法,进一步约束相邻两段之间衔接速度以严格保证最后一段出口速度为零,并得到每段直线的入口速度和出口速度;最后根据每段直线的入口速度、出口速度、加速度和位移量等条件来细化速度随时间的变化过程,为计算插补周期准备条件。仿真表明,提出的动态前瞻后顾算法能有效提高加工平稳性与效率。(3)针对加工路径较长,精度要求不高的情形,为了减少计算量,并能够针对不同加工精度对“台阶”高度做出调整,使计算量和精度达到最优,对加减速离散算法做了部分改进,可以每隔多步计算一次插补周期。仿真结果表明,改进的离散算法能够显著减少迭代次数,并能够较为准确地描述和还原速度和位移随时间的变化关系。实物加工结果显示,于合适范围内选择算法参数对工件表面质量影响不大。(4)为进一步降低各功能模块之间耦合程度,提高程序执行效率,建立了一种基于环形队列与生产-消费模型的多线程软件框架,并给出了嵌入式数控系统并行化设计方案。将嵌入式数控系统按照不同功能和执行顺序分为了5个线程,降低了模块之间的耦合程度,可并发执行,提高了CPU等硬件资源的利用率。最后,搭建了实验的软硬件平台,实验表明,新提出的软件架构具备可实现性。