2嵌入式PLC的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嵌入式PLC的軟件分為運(yùn)行系統(tǒng)軟件和開發(fā)系統(tǒng)軟件兩部分。運(yùn)行系統(tǒng)負(fù)責(zé)對整個系統(tǒng)的管理和對用戶程序的編譯執(zhí)行，并保存所有的數(shù)據(jù)，完成與外界通訊。開發(fā)系統(tǒng)面對用戶，完成對PLC程序的編輯和轉(zhuǎn)換。

2.1 PLC運(yùn)行系統(tǒng)軟件

該系統(tǒng)負(fù)責(zé)為應(yīng)用程序分配內(nèi)存，把該應(yīng)用程序加載到分配好的內(nèi)存里，然后開始執(zhí)行該程序的指令。如果該程序要求位于底層的操作系統(tǒng)提供服務(wù)，該運(yùn)行系統(tǒng)還必須負(fù)責(zé)處理有關(guān)的服務(wù)請求。該運(yùn)行系統(tǒng)是基于嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II來開發(fā)的，選用嵌入式操作系統(tǒng)提高了軟件系統(tǒng)的抗干擾性，系統(tǒng)的可靠性及應(yīng)用軟件的開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。μC/OS-II的移植的主要工作是修改與ARM處理器相關(guān)部分的代碼，它們集中在3個文件中。

①OS_CPU.H文件該文件包含了用#define定義的與處理器相關(guān)的常量、宏和類型定義。文件中這些數(shù)據(jù)類型的定義如下：

typedef unsigned char BOOLEAN；

typedef unsigned char INT8U；

typedef signed char INT8S；

typedef unsigned short INT16U；

typedef signed short INT16S；

typedef unsigned int INT32U；

typedef signed int INT32S；

typedef float FP32；

typedef double FP64；

typedef unsigned int OS_STK；

與ARM7體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的一些定義如下：

#define OS_CRITICAL_METHOD 2

__swi（0×00）void OS_TASK_SW（void）；

__swi（0×01）void _OSStartHighRdy（void）；

__swi（0×02）void OS_ENTER_CRITICAL（void）；

__swi（0×03）void OS_EXIT_CRITICAL（void）；_

_swi（0×40）void*GetOSFunctionAddr（int Index）；

__swi（0×41）void*GetUsrFunctionAddr（int Index）；

__swi（0×42）void OSISRBegin（void）；

__swi（0×43）int OSISRNeedSwap（void）；

__swi（0×80）void ChangeToSYSMode（void）；

__swi（0×81）void ChangeToUSRMode（void）；

__swi（0×82）void TaskIsARM（INT8Uprio）；

__swi（0×83）void TaskIsTHUMB（INT8Uprio）；

/*上述函數(shù)需在移植文件OS _CPU.H中將其聲明。

*/#define OS_STK_GROWTH 1

此代碼段中的OS_ENTER_CRITICAL（）函數(shù)和OS_EXIT_CRITICAL（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)打開和關(guān)閉處理器的功能。

②OS_CPU_C.C文件該文件中的任務(wù)棧結(jié)構(gòu)初始化函數(shù)OSTaskStkInit（），必須根據(jù)移植時(shí)統(tǒng)一定義的任務(wù)堆棧結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化。另外還有9個系統(tǒng)規(guī)定的鉤子函數(shù)必須聲明，但可以不包含任何代碼，這些鉤子函數(shù)在本移植中全為空函數(shù)。

③OS_CPU_A.S文件的移植共包括4個函數(shù)：多任務(wù)啟動函數(shù)中調(diào)用的OSStartHighRdy（）、任務(wù)切換函數(shù)OSCtxSw（）、中斷任務(wù)切換函數(shù)OSIntCtxSw（）、時(shí)鐘節(jié)拍服務(wù)函數(shù)OSTickISR（）。

至此整個μC/OS-II內(nèi)核移植完成。以后的用戶程序都是在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行的擴(kuò)充。

2.2 PLC開發(fā)系統(tǒng)軟件

該系統(tǒng)的主要任務(wù)是讓用戶編寫PLC程序，所以還需要設(shè)計(jì)與該系統(tǒng)相對應(yīng)的編程平臺。編程平臺的設(shè)計(jì)主要包括編程界面的設(shè)計(jì)、編輯器的設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)、編譯器的設(shè)計(jì)和通信模塊的設(shè)計(jì)等。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

用戶在編程平臺里編寫PLC程序。這里借用FX系列PLC的編程軟件SWOPC-FXGP/WIN-C作為編程平臺，編程語言可以使用梯形圖和指令表。然后通過轉(zhuǎn)換程序把編譯后的目標(biāo)文件轉(zhuǎn)化成C語言。轉(zhuǎn)換程序其實(shí)就是一個解釋系統(tǒng)，通過逐條翻譯編程軟件的指令表，生成和處理器指令系統(tǒng)無關(guān)的用戶指令。使用這樣的方式作為上位機(jī)編程平臺，節(jié)省了工作量。