基于嵌入式硬件平臺(tái)的軟PCL設(shè)計(jì)與研究

王居予

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中嵌入式硬件平臺(tái)的軟PCL系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直受到各位軟件開(kāi)發(fā)者的關(guān)注，本文根據(jù)自己計(jì)算機(jī)領(lǐng)域多年工作經(jīng)驗(yàn)，就嵌入式硬件平臺(tái)軟PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的分析，以供廣大軟件開(kāi)發(fā)愛(ài)好者參考，希望對(duì)大家有所幫助。

關(guān)鍵詞：嵌入式硬件平臺(tái)；軟PCL；設(shè)計(jì)；研究

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們傳統(tǒng)的PLC由于自身的不兼容問(wèn)題而被淘汰，取而代之的是軟PLC，軟PCL符合我國(guó)現(xiàn)代化的控制技術(shù)的需要。它不僅繼承了傳統(tǒng)PLC的功能，克服了不兼容的缺點(diǎn)，并在傳統(tǒng)功能上有了新的突破與發(fā)展。本文重點(diǎn)分析嵌入式硬件平臺(tái)的軟PCL設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題以及發(fā)展方向。

1什么是嵌入式硬件

嵌入式硬件一般來(lái)說(shuō)是指邏輯電路、嵌入式處理器、微控制器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和硬件設(shè)計(jì)技巧等。其開(kāi)發(fā)工程師的主要工作為編寫嵌入式系統(tǒng)硬件總體方案和詳細(xì)方案，要求理解嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)，有一定的C語(yǔ)言基礎(chǔ)，熟悉ARM、PROTEL設(shè)計(jì)軟件，而我國(guó)國(guó)內(nèi)通常所說(shuō)的嵌入式硬件是指利用處理器開(kāi)發(fā)外部設(shè)備這一方面。

2軟PLC的工作原理

軟PLC分為編譯和解釋兩種實(shí)現(xiàn)方式，其中解釋型是基于一個(gè)虛擬機(jī)，由一些偽代碼組成各種程序，工程師在上位機(jī)編好程后通過(guò)編譯器轉(zhuǎn)換為這種專用的偽代碼并下載到PLC內(nèi)。運(yùn)行時(shí)虛擬機(jī)掃描并解釋這些指令運(yùn)行，這樣的實(shí)現(xiàn)方式保證了PLC核心的獨(dú)立性，同時(shí)它能很好的擴(kuò)展軟件和功能塊，使其不受硬件環(huán)境的影響，而編譯方式是將各種IEC指令轉(zhuǎn)換為C語(yǔ)言或者匯編，再將其插入到一個(gè)框架代碼內(nèi)調(diào)用C語(yǔ)言或匯編編譯器生成真正的CPU指令。

3軟PCL設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1安全問(wèn)題

安全問(wèn)題需要引起思想上的重視，同時(shí)輔之以技術(shù)手段的保證。在對(duì)控制工藝及對(duì)象進(jìn)行深入全面了解的同時(shí)充分考慮操作安全因素，盡最大努力解決操作過(guò)程中的偶然因素和不安全因素，編制出符合工藝，利于操作，安全可靠，方便維修的控制程序。還要在制度上的完善對(duì)安全因素的重視。

3.2做好充分的先期準(zhǔn)備

相信很多業(yè)內(nèi)朋友都知道先期準(zhǔn)備的重要性，他包括了對(duì)控制要求的了解和整體設(shè)計(jì)思路、甚至于相關(guān)知識(shí)和基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，只要是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域工作過(guò)的業(yè)內(nèi)朋友都會(huì)知道，軟DCL設(shè)計(jì)的前提首先就是要做好充分的先期準(zhǔn)備工作，其次是掌握PLC硬件接線和軟件的操作使用。學(xué)習(xí)PLC也是一個(gè)日積月累的過(guò)程，也可以歸結(jié)到“先期準(zhǔn)備工作”中。這叫未雨綢繆，機(jī)遇往往青睞于有所準(zhǔn)備的人。

3.3程序結(jié)構(gòu)必須清晰合理

一個(gè)好的程序的結(jié)構(gòu)必須要清晰合理，能夠方便大家對(duì)程序的閱讀和調(diào)試：當(dāng)程序量較大亦或是控制較為復(fù)雜時(shí)，就要注意設(shè)計(jì)方法和編程技巧的應(yīng)用。程序架構(gòu)的重要性體現(xiàn)在子程序的應(yīng)用上，清晰的程序結(jié)構(gòu)不僅減少了程序容量還增加了可讀性，方便了程序的調(diào)試與修改。

3.4程序調(diào)試是組成部分

編制的程序必須要經(jīng)過(guò)調(diào)試之后方可運(yùn)行，這樣操作主要是幫助開(kāi)發(fā)者發(fā)現(xiàn)各種錯(cuò)誤完善各項(xiàng)功能。調(diào)試分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試兩部分；一項(xiàng)編制的程序只有經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行認(rèn)可后才能成為可用的程序。另外，調(diào)試時(shí)的考慮必須要有全面性，盡可能列出足夠多的情況，例如：誤操作情況、元器件不良情況以及突然斷電情況等，并時(shí)刻注意PLC與外圍電路的配合。

3.5注意平時(shí)的學(xué)習(xí)和積累

開(kāi)發(fā)者在工作的很多知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)都依靠與平時(shí)的積累，這也是廣大同業(yè)所認(rèn)可的，屬于自己的實(shí)際體驗(yàn)。而PLC編程特別是小型PLC的基本應(yīng)用，都給各位開(kāi)發(fā)者不困難的感覺(jué)，像一些人用過(guò)三菱FX2N、西門子200和松下FPO，感覺(jué)基本指令上手很容易：對(duì)功能指令，通過(guò)查手冊(cè)和進(jìn)行簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，也能夠應(yīng)對(duì)大多數(shù)的編程需要。但中型PLC，用到的知識(shí)要多一些。另外我們還想強(qiáng)調(diào)一下動(dòng)手的必要性，“在干中學(xué)，在學(xué)中干，如此反復(fù)收效頗豐”所以在日常的在維修中，我們也可以取得許多的經(jīng)驗(yàn)，例如他人好的方法我們加以學(xué)習(xí)和不足之處我們加以改進(jìn)，包括程序的功能和電路的設(shè)計(jì)，這些都可以用于今后的設(shè)計(jì)中，所謂“取其精華，去其糟粕”就是這個(gè)道理。

4軟PLC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展制約因素

4.1軟PLC技術(shù)優(yōu)勢(shì)

軟PLC的硬件體系結(jié)構(gòu)不再封閉，用戶可以自己選擇合適的硬件組成滿足要求的軟PLC。傳統(tǒng)PLC的指令集是固定的，而實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中可能需要定義算法。軟PLC指令集可以更加豐富，用戶可以使用符合標(biāo)準(zhǔn)的操作指令。PC機(jī)廠家的激烈競(jìng)爭(zhēng)使得基于PC機(jī)的軟PLC的性價(jià)比得以提高。傳統(tǒng)PLC限制在幾家廠商生產(chǎn)，具有私有性，因此很難適應(yīng)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，常常是PLC與計(jì)算機(jī)處在不同類型的網(wǎng)絡(luò)中。軟PLC不僅能加入到已存在的私有PLC網(wǎng)絡(luò)中，而且可以加入到標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。這使得現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的很多研究成果很容易地應(yīng)用到PLC控制技術(shù)中。軟PLC的技術(shù)是基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的，因此在掌握標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言后開(kāi)發(fā)就比較容易。

4.2制約軟PLC發(fā)展的因素

盡管軟PLC技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但是這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要解決一些重要的問(wèn)題。其中主要是以PC為基礎(chǔ)的控制引擎的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。軟PLC首選的操作系統(tǒng)是windowsNT，但是它并不是一個(gè)硬實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)。傳統(tǒng)PLC具有硬實(shí)時(shí)性，正因?yàn)槿绱怂拍芴峁┛焖?、確定而且可重復(fù)的響應(yīng)。而要讓windowsNT具有硬實(shí)時(shí)性，必須對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，使得PC的控制任務(wù)具有最高的優(yōu)先級(jí)，不因?yàn)镹T的系統(tǒng)功能和用戶程序的調(diào)用而被搶占?，F(xiàn)在，我們可以通過(guò)一些方法將實(shí)時(shí)性能加入到NT系統(tǒng)中去。比如，修改NT的硬件抽象層，或者NT與一種經(jīng)過(guò)實(shí)用驗(yàn)證的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組合。另外，WindowsCE等操作系統(tǒng)具有了NT在硬實(shí)時(shí)性方面所不具備的特性。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中也可使用其他的操作系統(tǒng)作為平臺(tái)。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，嵌入式硬件平臺(tái)的軟PCL設(shè)計(jì)中還有很多因素需要我們提起注意，所以，作為計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)者，我們必須要保持不斷的學(xué)習(xí)，將軟PCL技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更好的發(fā)揮出來(lái)。endprint