北京時間05月27日消息，中國觸摸屏網訊， 隨著數字信息技術和網絡技術的高速發展，人類正步入一個嶄新的后PC時代。這個時代的主要特點是嵌入式系統無處不在，并不斷地向科研生產及人類生活的各個方面滲透。而可編程控制器(PLC)對機床開關量信號進行控制時可靠性高，使用方便，在大多數數控機床，特別是經濟型數控機床中，要求的輸入輸出點數不多的情況下得到廣泛應用。在兼用PC機系統資源的情況下，采用非實時多任務操作系統(如Windows)時，Win32API的設計可以滿足多控制點復雜的數控功能要求，但由于Windows的分時性，沒有考慮到實時環境的開發用途，其系統調用的效率不高，不能滿足數控系統高實時場合PLC控制的實時性要求。

    本文來自：http://www.zc28898.cn/hmi/news/front/201005/27-6849.html

    VxWorks作為一運行在目標機上的高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統，目前以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域。

    本文基于VxWorks操作系統，提出了基于VxWorks的嵌入式實時PLC設計的方法與應用，利用VxWorks的開放性、模塊化和可擴展性的系統結構特性以及多線程/多任務的系統環境來達到高實時要求的PLC控制，在保證實時性的同時，實現多點位、復雜功能的PLC系統控制目標。 

    1、傳統PLC系統的結構

    相比較傳統的的基于通用工業PC的工業PLC，其數控系統嵌入式PLC硬件包括：工控機及其外圍設備，基于ISA總線的開關量輸入輸出接口卡，光電隔離模塊，繼電器輸出模塊。

    工控機采用Windows等非實時操作系統，數控系統的人機界面、數控代碼處理、軌跡劃、參數管理以及PLC控制都通過工控機由軟件來實現，不需要獨立的NC控制器，減少了數控系統對硬件的依賴，有利于提高系統的開放性。I/O輸入輸出信息通過PC機I/O接口卡實現主機與伺服接口模塊和I/O接口模塊之間的信息交換，PC機I/O接口卡基于ISA或PCI的總線。雖然其相較最初的單片機的控制加入了工業PC來拓展其開放性，但是由于沒有充分利用PC機系統資源，而開發和運行都采用的非實時多任務操作系統(如Windows，Linux)時，其設計沒有考慮到實時環境的開發用途，其系統調用的效率不高，數控系統PLC控制不能滿足一些高精度場合的實時性要求。

    2、基于嵌入式系統的實時PLC系統結構

    嵌入式實時PLC系統，一般由開發系統和實時運行系統兩部分組成，是相互獨立而又密不可分的兩個系統，可以分別單獨運行。

開發系統基于PC機，建立在Windows操作系統平臺之上，提供了PLC應用程序的編寫及其編譯調試環境。開發系統與實時運行系統的通訊一般通過RS232接口來實現。如果嵌入式操作系統提供網絡服務，也可以通過以太網、Modbus或CAN總線進行通訊。應用程序編寫完并編譯調試無誤后通過RS232或TCP/IP通信協議下載到嵌入式系統。實時運行系統則用于完成系統配置、輸入信號處理、循環調用PLC程序及控制信號輸出等操作，并且可以通過現場總線或TCP/IP通信協議與硬件層(I/O)實現通信。

    為了更好地支持實時運行系統，嵌入式系統一般要引入操作系統，嵌入式操作系統(如WindowsCE，VxWorks等)為實時運行系統提供了啟動代碼、串行通訊接口、內存操作(malloc/free)、ANSI標準庫、1ms的時鐘滴答、調試接口等服務。如果實時運行系統整合了相應的功能，系統也可以不引入操作系統。我們所采用的嵌入式實時系統體系結構如圖2所示，其實時操作系統采用VxWorks。

    了其通信性能，實時能力大大提高，同時此結構具有完全開放性，高度兼容性，極佳的可擴展性，使得自動控制系統的設計不受硬件的限制，可以有效地提高PLC的運行速度和可靠性，并且支持多任務的控制策略。另外相應的從嵌入式處理的設計與和BSP改造方面，也做了相應的優化處理。 

    3、基于PPC的嵌入式處理器設計

    VxWorks系統運行在基于PPC的MPC860處理器上，并作了一些有關改造以適應實時PLC的現場總線的通信要求。主要包括4個主要模塊：PowerPC核心，系統接口單元(SIU)，通信處理模塊(CPM)和快速以太網控制器(FEC)。

    系統接口單元(SIU)集成幾乎所有32-bit處理器系統的常用功能。MPC860采用32位內部總線，可以支持8，16或32位的外設和存儲器，同時SIU提供功耗管理、復位控制、PowerPC減法器、PowerPC時鐘基準以及實時時鐘等功能。其內存控制器可以控制多達8個存儲體，同時只需通過很少的電路就可實現與DRAM，SRAM，Flash以及其它外圍設備的無縫連接，同時DRAM接口支持8，16和32位的端口，DRAM控制器提供頁模式下的突發傳送訪問；

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