IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)與ARM嵌入式控制系統(tǒng).

1、IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)與 ARM 嵌入式控制系統(tǒng)摘要 介紹 IEC 61131-3 國際標(biāo)準(zhǔn)、ARM 微處理器和嵌入式系統(tǒng)；研究 基于AT91M55800A 微處理器和 IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并給出詳細(xì)的串口通信程序。關(guān)鍵詞 ARM AT91M55800A IEC 61131 3 標(biāo)準(zhǔn) 串口通信引言ARM 是采用 ARM 公司技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP） 核的微處理器。 其中 ARM7 是低 功耗的 32 位核，具有小體積、低功耗、低成本而高性能的特點(diǎn)，在信息家電、 工業(yè)控制和無線通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。IEC61131-3 國際標(biāo)準(zhǔn)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組

2、織 （國際電工技術(shù)委員會(huì) ）為工業(yè) 控制軟件編程制定的第一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)所闡述的軟件 設(shè)計(jì)概念、模型等，適應(yīng)了當(dāng)今世界軟件、工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，是一種 非常先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)。友好的交互界面、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能、智能化的軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理已成為現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)的共同需求，因此，毆計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于ARM 微處理器和 IEC 611313 標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)很有意義。1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)11 系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)控制系統(tǒng)是基于 Atmel AT91M55800A 微處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)的。AT91M55800A!一款基于 ARM7TDM 核的 16/32 位微控制器。其處理器核為高 性能的32 位

3、 RISC 體系結(jié)構(gòu)；具有高密度的 16 位指令集和極低的功耗，片內(nèi)集 成了 8 KBSRAM 向量中斷控制器 VIC、先進(jìn)電源管理控制器 APM（和完全可編 程的外部總線接口 EBI;具有 3 個(gè) USART58 個(gè)可編程 I /0 線、6 通道 1 6 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、8 通道 10 位 ADCffi2 路 IO 位 DAC 為各種超低功耗應(yīng)用提供 了一種高度靈活且高性價(jià)比的解決方案。圖 1 是控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。硬件設(shè)計(jì)采用了結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè) 計(jì)思想，易于裁剪。通信接口包括 RS232 串行通信接口、以太網(wǎng)接口和 CAN 總 線接口。通過以太網(wǎng)口可以實(shí)現(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng)的互聯(lián)。結(jié)合

4、ARM 集成開發(fā)環(huán)境ADSl.2 和在線調(diào)試工具 Multi-ICE，通過 JTAG 調(diào)試接口和處理器內(nèi)嵌的 EmbeddedICE 邏輯，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真和跟蹤調(diào)試。1.2 系統(tǒng)的軟件基礎(chǔ)（1）卩 C/OS-II 的移植控制系統(tǒng)要完成的工作足很復(fù)雜的，要管理的外設(shè)也很多，程序也越來 越龐大，因此移植嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)是必然的選擇。對(duì)小型實(shí)時(shí)控制 系統(tǒng)來說，源代碼公開的、可固化可裁剪的，具有很好的可移植性、高穩(wěn)定性 和高可靠性，具有可剝奪型內(nèi)核的搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)卩 C/OS-II 是很好的選擇。代碼簡(jiǎn)潔的 卩 C/OS-II 已經(jīng)應(yīng)用到智能儀表、信息家電、無線通信設(shè)備和工業(yè)

5、機(jī)器人等嵌入式系統(tǒng)中卩 C/OS-II 在 AT9IM5800A 處理器上移植比較簡(jiǎn)單，只須修改 3 個(gè)與 ARM體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的文件 O CPU H、OS_CPU_AS 和（OS_CPU_CC,代 碼量大約是500 行。具體的移植過程不再詳述，網(wǎng)上有很多移植成功的范例可 以參考。（2）IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)軟件的應(yīng)用IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)是國際電工委員會(huì)（TEC）第一次為全世界工業(yè)控制制 定的有關(guān)數(shù)字控制軟件技術(shù)的編程語言標(biāo)準(zhǔn)，包括編程和公共元素兩部分內(nèi) 容。公共元素描述了 IEC61131-3 五種編程語言（指令表、結(jié)構(gòu)化文本、梯形 圖、功能塊圖和 SFC）IEC 軟件模型以及通

6、信模型中用到的全部公共編程元素 的變量和數(shù)據(jù)類型；給出了如何命名這些軟件元素、 聲明變量、 變量及數(shù)據(jù)類 型的初始化等規(guī)則， 是實(shí)現(xiàn) IEC61131-3編程系統(tǒng)不可缺少的有機(jī)組成部分。編 程部分描述了兩個(gè)重要模型：IEC 軟件模型和通信模型。這兩個(gè)模型構(gòu)成了實(shí) 現(xiàn)符合 IEC61131-3 國際標(biāo)準(zhǔn)的編程系統(tǒng)的概念基礎(chǔ)。IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)還定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能和功能塊算法庫，而且用戶也 可建立自己的算法庫。由于功能和功能算法庫都是用 ANSI C 語言編寫的，所以 用戶的控制算法程序具有很好的可移植性和可重用性。IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)軟件在基于 AT9IM55800A 的硬件平臺(tái)上

7、的應(yīng)用就是把IEC 運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)作為 卩 C/OS-II 的一個(gè)任務(wù)運(yùn)行，代碼如下：2 串口通信程序設(shè)計(jì)用戶在基于 IEC6113I-3 標(biāo)準(zhǔn)的編程系統(tǒng)中編寫好的程序，經(jīng)過編澤和 鏈接后所生成的目標(biāo)代碼可以通過串口或以太網(wǎng)口下載到目標(biāo)系統(tǒng) （即控制系統(tǒng) ） 中執(zhí)行。編程系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)之間通信連接的選擇具有很大的靈活性， 可以是 RS232 串口通信、以太網(wǎng)通信，或者是其他的通信方式。以下是基于AT9IM55800A 的 RS232 串口通信程序設(shè)計(jì)的代碼。在內(nèi)存中開辟數(shù)據(jù)接收/發(fā)送緩沖區(qū)：最后編寫 IEC 運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核與用戶程序之間的接口界面通信程序:有了以上代碼，嵌入式控制系統(tǒng)就可接收從上位機(jī)下載的用戶IEC 程序，同時(shí)上位機(jī)可對(duì)控制系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控。這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)還 可發(fā)布到工業(yè)以太網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)信息共享。結(jié)語本文介紹了基于 ARMSIEC6I131-3 標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)具有很好