摘要：本文通過對經典控製器的分析，提出了嵌入式PLC的概念，重點以EASYV1.00嵌入式PLC軟件內核結構作基本分析，以引導工控設計人員建立一種新的嵌入式係統設計理念。
關鍵詞：嵌入式PLC內核CAN總線
Abstract:Bytheanalysisoftheclassicalcontroller,theconceptionofembeddedPLCisproposed.TheemphasesistoleadthedesignersofthecontrollingengineeringtobuildanewnotionofthedesignofembeddedsystembythebasicanalysisofthekernelconfigurationoftheEASYV1.00embeddedPLCsoftware.
Keyword：EmbededPLCKernelCANbus
[中圖分類號]TP23[文獻標識碼]A文章編號1606-5123(2005)11-00
1引言：嵌入式PLC概念
嵌入式PLC是指在特定的控製裝置中實現PLC（ProgramableLogicController）梯形圖編程語言的解釋、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。
梯形圖是一種麵向工廠自動化工程師的圖形化PLC編程語言。梯形圖具有簡潔、直觀，麵向工藝流程等許多優點。PLC編程語言的出現使控製裝置中的硬件管和麵向控製流程分離，PLC製造商專注於硬件及硬件管理，工廠自動化人員借助梯形圖語言作二次開發，使同一種PLC適用於不同的控製係統中，形成了可編程邏輯控製器（PLC）這種平台級產品。
但控製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，通常麵臨更多的是個性化、差異化的壓力。如成本控製、特殊功能等。出現了工控機（IPC）、單片機、嵌入板等更貼近個性化需求的控製產品。IPC在互連、表達、算法等方麵優勢明顯，單片機係統在成本控製上更加靈活。IPC由於加載了操作係統（如NT）其實時性、穩定性難以滿足連續控製的苛刻要求，通常用於監控。低層通常用PLC。單片機係統將硬件管理和用戶工藝流程控製混在一起，製約了它的標準化，並最終失去成本競爭優勢。
嵌入式PLC正是麵向IPC和單片機係統開發的，它保留了PLC（借助梯形圖語言）硬件管理和工藝控製分離的優勢，結合IPC和單片機提供的更個性化、差異化的設計方法，形成一種新的控製器設計理念。當我們在IPC中嵌入PLC的功能時，我們稱之為基於PCBase的嵌入式PLC，當我們在單片機中嵌入PLC功能時，我們稱它為基於AllONOne的嵌入式PLC（片級嵌入PLC）。未特別說明時，嵌入式PLC指片級嵌入式PLC，也就是本文提出的嵌入式PLC。以下描述以8位單片機C8051F040為硬件的以科威公司EASYV1.00版嵌入式PLC軟件架構。
目前，關於專用PLC有軟PLC和客製式PLC兩種。軟PLC指高端嵌入的含通用實時操作係統的PLC軟件，客製式PLC是指根據用戶需求定向設計的PLC。相關技術在德國、台灣、南韓均有突破，屬於嵌入式PLC的範疇。
2嵌入式PLC軟件架構
2.1總體結構
EASYV1.00嵌入式PLC是一種實時性很強的操作係統軟件，總體結構包括三個層麵，如圖1所示。
（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，並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，使用內核開發各種麵向具體對象個性化差異化的驅動程序；
（3）終端應用程序指麵向工藝流程控製的梯形圖語言編程；
圖1EASYV1.00總體結構
對於二次開發人員開發麵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，下麵分塊介紹內核的各塊功能。
2.2實時OS
麵向小型單片機，一般的實時操作係統無法加載，OS/Ⅱ占用了過多的資源，EASYV1.00內核根據任務的類別、實時要求、定製了一款專用實時OS，它無文件係統和內存管理兩部分。
（1）硬實時狀態下的搶占式並發任務管理
EASYV1.00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於各類任務的監控管理。
對於工控應用中的異步事件采用並發式任務管理，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，執行後注銷，通過2.5ms時基監控並發任務的流量及阻塞狀況並報字到上一級任務調度。
（2）EASYV1.00中異步任務
・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
並發任務管理是EASYV1.00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:
T並＝
Ni――1ms內任務的最大執行次數，ti――任務的一次執行最大時間。
EASYV1.00並發任務實時數據見表1、表2。
表1EASYV1.00並發任務實時數據
任務類別不可剝奪任務通信字節流任務梯形圖定時器驅動並發任務
2.5ms時基串口0串口1CAN
執行次數（N1）11111ND
執行時間（T）10μs+ΔT25μs25μs50μs40μstD
表2EASYV1.00並發任務實時數據
任務類別梯形圖通訊函數調用用戶軟中斷
任務個數131m4
任務時間1-20μs1-10μs1-5μst4
T片＝3－45μs+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並執行掃描結束處理所占用的時間，由於這期間有並發任務產生，“掃描周期”應包括並發任務占用時間。
並發任務占用比：
X＝T並/1ms＝（150μs+ΔT+）/1000μs＝15%－100%
設用戶梯形圖含M條指令
T掃＝（M•T片+ΔTend）/X
ΔTend為掃描結束處理占用時間。
2.3內存管理
ESAYV1.00的運行數據空間包括64K外部RAM+256字節CPURAM，將其分解為係統占用區、PLC資源區、用戶嵌入數據區三部分。
（1）係統占用區
係統占用區是EASYV1.00運行時，進行數據緩存、狀態保持、係
統堆棧等不對PLC及用戶開設的域區。這部分數據區的初始化運行中的監視都由實時OS管理，PLC及用戶嵌入程序不得非法侵入。
（2）PLC資源區
梯形圖語言管理的數據區包括位區、字區兩部分。通常以元件形式體現。
・輸入繼電器X：X0-X177128點位型
・輸出繼電器Y：Y0-Y177128點位型
・中間繼電器M：M0-M15351536點位型
・專用中間繼電器M8000-M8255256點位型
・狀態繼電器S：S0-S9991000點位型
・時間繼電器T：T0-T255256點位型+字型
・計數器C：C0-C255256點位型+字型
・通用數據寄存器D：D0-D79998000個字型
・專用數據寄存器D：D8000-D8255256個字節
所有PLC資源是梯形圖運行時進行數據存取的區域，是終端應用層可視化區域，用戶嵌入的驅動程序，可使用對應元件的絕對地址進行存取，實現了嵌入程序與PLC梯形圖之間的數據交換。
（3）用戶嵌入數據區
當用戶以EASYV1.00內核設計各種嵌入係統時，需針對具體硬件做必要的驅動程序，該部分程序的私有數據存放於用戶嵌入數據區，公有數據存放於PLC的資源區，用戶嵌入數據區分配如下：
CPU內部：位區（bitRAM）:20H-23H4bytes
字節區（DRAM）:58H-67H16bytes
外部數據存取器：字節區（XRAM）:3600H-3FFFH2560bytes
2.4梯形圖語言
EASYV1.00梯形圖語言是一種解釋性語言，每一條梯形圖語句對應一個固定的函數調用，逐句掃描直至END為一個掃描周期，EASYV1.00支持86條梯形圖指令。
（1）基本指令(27條)
助記符名稱助記符名稱
LD讀取常開點LDF讀取下降沿
LDI讀取常閉點ANDP串接上升沿
AND串入常開點ANDF串接下降沿
ANDI串入常閉點ORP並接上升沿
OR並入常開點ORF並接下降沿
ORI並入常閉點INV運算觸點取反
ANB電路塊串聯MPS運算觸點壓棧
ORB電路塊並聯MRD讀出壓棧觸點
OUT線圈輸出MPP彈出壓棧觸點
SET線圈輸出保持MC主控
RST清除線圈輸出MCR主控結束
PLS上升沿輸出脈衝NOP空操作
PLF下降沿輸出脈衝END程序結束
LDP讀取上升沿
（2）步進順控指令(2條)
助記符名稱助記符名稱
STL步進梯形圖開始RET步進梯形圖結束
注：步序狀態轉移隻能用SET,當用OUT時視作普通繼電器。
（3）功能指令(56條)
助記符名稱助記符名稱
程序流程CJ條件跳轉浮點數運算ECMP2進製浮點數比較
CALL子程序調用EZCP2進製浮點數區域比較
SRET子程序返回EBCD2進製浮點數轉10進製浮點數
FEND主程序結束EBIN10進製浮點數轉2進製浮點數
FOR循環範圍開始EADD2進製浮點數加法
NEXT循環範圍結束ESUB2進製浮點數減法
傳送與比較CMP比較EMUL2進製浮點數乘法
ZCP區域比較EDIV2進製浮點數除法
MOV傳送ESQR2進製浮點數開方
CML取反傳送INT2進製浮點數轉BIN整數
BCDBCD轉換FLTBIN整數轉2進製浮點數
BINBIN轉換接點運算LD=讀取“等於比較節點”
四則邏輯運算ADDBIN加法LD>讀取“大於比較節點”
SUBBIN減法LD<讀取“小於比較節點”
MULBIN乘法LD<>讀取“不等於比較節點”
DIVBIN除法LD
