EASYV1.00嵌入式PLC的基本原理(一)

一、嵌入式PLC概念

嵌入式PLC是指在特定的控制裝置中實現PLC(Programable Logic Controller)編程語言的解釋、執行，使特定裝置在自身專用功能基礎上具有PLC的基本功能。

PLC編程語言(又稱梯形圖語言)是一種面向工廠自動化工人師傅的語言，具有簡潔、直觀，面向工藝流程等許多優點。PLC編程語言的出現使控制裝置中的硬件管和面向控制流程分離，PLC制造商專注于硬件及硬件管理，工廠自動化人員借助梯形圖語言作二次開發，使同一種PLC適用于不同的控制系統中，形成了可編程邏輯控制器(PLC)這種概念級產品。

但控制產品的設計已發展到一個追求個性化、差異化設計的階段。常規PLC無法進入的市場，面臨更多的是個性化、差異化的壓力，如成本控制、特殊功能等。出現了工控機(IPC)、單片機嵌入板與更貼近個性化需求的控制產品。IPC在互連、表達、算法等方面優勢明顯，單片機系統在成本控制上更加靈活。IPC由于加載了操作系統(如NT)其實時性、穩定性難以滿足連續控制的苛刻要求。更適合于監控，低層通常用PLC;單片機系統將硬件管理和用戶工藝流程控制混在一起，制約了它的標準化，并最終失去成本競爭優勢。

嵌入式PLC正是面向IPC和單片機系統開發的，它保留了PLC(借助梯形圖語言)硬件管理和工藝控制分離的優勢，結合IPC和單片機提供的更個性化、差異化的設計方法，形成一種新的控制器設計理念。當我們在IPC中嵌入PLC的功能時，我們稱之為基于PC　Base的嵌入式PLC，當我們在單片機中嵌入PLC功能時，我們稱它為基于All ON One的嵌入式PLC(片級嵌入PLC)。來特別說明時，嵌入式PLC指片級嵌入式PLC，以下描述以科威公司EASY　V1.00嵌入式PLC為例。

二、嵌入式PLC軟件架構

1、總體結構

EASY　V1.00嵌入式PLC是一種實時性很強的操作系統軟件，總體結構包括三個層面。

①嵌入式PLC內核　它完成實時任務調度，梯形圖語言解釋、執行、通訊等基本功能，并提供二次開發驅動接口;

②二次開發程序　通過內核提供的外掛任務，使用內核開發各種面向具體對象個性化差異化的驅動程序;

③終端應用程序　指面向工藝流程控制的梯形圖語言編程;

EASY　V1.00總體結構

對于二次開發人員開發面向個性化對象的驅動程序，必須了解嵌入式PLC內核結構，尤其是驅動接口設計方法，下面分塊介紹內核的各塊功能。

2、實時OS

面向小型單片機，一般的實時操作系統無法加載，OS/Ⅱ 占用了過多的資源，EASY　V1.00內核根據任務的類別、實時要求、定制了一款專用實時OS，它無文件系統和內存管理兩部分。

①硬實時狀態下的搶占式并發任務管理

EASY　V1.00內核提供2.5ms基準時基，它作為一種不可剝奪的任務循環執行用于各類任務的監控管理。

對于工控應用中的異步事件采用并發式任務管理，通過各類中斷搶占任務的掛起、執行，每類異步任務執行前，在2.5ms任務中注冊，執行后注銷，通過2.5ms時基監控并發任務的流量及阻塞狀況并報字到上一級任務調度。

在EASY　V1.00中，存在以下異步任務：

*通信數據鏈絡層的字節流

*梯形圖語言中的定時器

*二次開發驅動程序中的實時異步任務

并發任務管理是EASY　V1.00中最低層的任務管理，達到ms級實時效果，單位時間內(1ms)占用CPU機時峰值為:

R

T并=∑Niti

I=0

Ni-1ms內任務的最大執行次數，ti-i任務的一次執行最大時間。

EASY　V1.00并發任務實時數據

T片=3-45ms+t4

t4為用戶軟中斷任務占用時間和。

“掃描周期”指解釋、執行所有梯形圖指令并執行掃描結束處理所占用的時間，由于這期間有并發任務產生，“掃描周期”應包括并發任務占用時間。

R

并發任務占用比X=T并/ 1ms = (150ms+ΔT+∑Njtj)/1000ms =15%-100%

j=3

設用戶梯形圖含X條指令

T掃=(X.T片+ΔTend)/X