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          嵌入式組態(tài)軟件系統(tǒng)的研究

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          作者: 時間:2007-04-13 來源:控制工程中文網(wǎng) 收藏

          是指用于執(zhí)行獨立功能的專用計算機系統(tǒng)。它由微電子芯片(包括微、定時器、序列發(fā)生器、控制器、存儲器、傳感器等一系列微電子芯片與器件)和嵌入在ROM、RAM和/FLASH存儲器中的微型操作系統(tǒng)、控制與應用軟件開發(fā)來實現(xiàn)各種自動化處理任務的電子設備或裝置。

          的主要作用是實時控制、監(jiān)視、管理移動計算機、數(shù)據(jù)處理等,或者輔助其它設備運轉(zhuǎn),完成各種自動化處理的任務。

          以應用為中心,以半導體技術、控制技術計算機技術和通訊技術為基礎,強調(diào)硬件軟件的協(xié)同性與整合性,軟件與硬件可剪裁,以滿足系統(tǒng)對功能、成本、體積和功耗等要求。

          最簡單的嵌入式系統(tǒng)僅有執(zhí)行單一功能的控制能力。在唯一的ROM中僅有實現(xiàn)單一功能的控制程序,無微型操作系統(tǒng)。復雜的嵌入式系統(tǒng),例如個人數(shù)字助理(PDA)、手持電腦(HPC)等,具有與PC機幾乎一樣的功能,實質(zhì)上與PC的區(qū)別僅僅是將微型操作系統(tǒng)與應用軟件嵌入在ROM、RAM與FALSH存儲器中,而不是存儲于磁盤等載體中。很多復雜的嵌入式系統(tǒng)又是由若干個小型嵌入式系統(tǒng)集成的。

          隨著后PC時代的到來,在工業(yè)及其他相關領域的

          客戶更注重使用符合其特定需求并帶有智能的嵌入式工業(yè)控制組態(tài)軟件。此種組態(tài)軟件可大大縮短嵌入式產(chǎn)品投放市場的時間,而且使產(chǎn)品具有豐富的人機界面,嵌入式WEB及符合IEC61131-3的控制邏輯功能,并且可以存儲相當數(shù)量的歷史數(shù)據(jù),部分完成現(xiàn)場工作站級計算機的功能。

          這里給出不同行業(yè)的一些應用舉例:

          l、 制造及過程控制:人機操作面板、控制機床、電機驅(qū)動、測試設備、環(huán)境監(jiān)測、輸配電設備、煉油廠設備、遠程無人采集監(jiān)控站。

          2、 醫(yī)療衛(wèi)生設備:X光機、CT、醫(yī)政管理系統(tǒng)、病房監(jiān)測系統(tǒng);

          3、樓宇自控及商業(yè)零售網(wǎng)點、商業(yè)POS、保安監(jiān)控設備;

          4、 辦公設備及信息家電、機頂盒、手機嵌入系統(tǒng)、程控電話;

          5、 網(wǎng)絡化可組態(tài)設備

          歸納起來,我們可以給出嵌入式組態(tài)軟件在工業(yè)過程中的應用模式。其中應用軟件的HMI組件,基于Windows NT ,可以通過該平臺上的網(wǎng)絡服務獲得現(xiàn)場控制器的操作及監(jiān)視數(shù)據(jù),當然還有一些其他的HMI擴展組件以完成特定功能(如趨勢、報表及歷史記錄等)。而位于嵌入式系統(tǒng)的Internet組件可將所設計的HMI界面通過其內(nèi)嵌的Web服務程序發(fā)布至Internet以供操作人員通過瀏覽器進行監(jiān)控,而邏輯和流程控制組件基于現(xiàn)場級的帶有實時操作系統(tǒng)的控制器,利用IEC61131-3完成嵌入式控制功能。

          一般來講嵌入式工業(yè)自動化組態(tài)軟件是一種用于嵌入式系統(tǒng)并帶有網(wǎng)絡功能(包括Internet服務功能)的嵌入式應用軟件,嵌入式系統(tǒng)是指可嵌入至某一設備、產(chǎn)品并可連接至網(wǎng)絡的帶有智能(即微或微控制器)的設備。嵌入式組態(tài)軟件分開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)。嵌入式組態(tài)軟件的開發(fā)環(huán)境一般運行于具有良好人機界面的Windows 操作系統(tǒng)上,而運行環(huán)境可基于多種嵌入式操作系統(tǒng)如Windows CE, DeltaOS,NT Embedded及LINUX和Dos之上,甚至直接支持特定CPU,嵌入式自動化組態(tài)軟件的運行系統(tǒng)大多為組件式可伸縮配置結(jié)構(gòu),一般包括:人機界面HMI組件(包括歷史數(shù)據(jù)瀏覽、報表及趨勢圖等可選模塊)、歷史數(shù)據(jù)記錄組件、網(wǎng)絡通訊組件、Internet組件、Control 邏輯和流程控制組件及實時內(nèi)核。

          北京昆侖通態(tài)公司即將推出的嵌入式組態(tài)軟件包(Mcgs For Embedded)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩大部分。組態(tài)環(huán)境運行于具備良好人機界面的Windows操作系統(tǒng)上,具備與北京昆侖通態(tài)公司已經(jīng)推出的通用版本組態(tài)軟件和WWW版本組態(tài)軟件相同的組態(tài)環(huán)境界面,有效幫助用戶建造從嵌入式設備,現(xiàn)場監(jiān)控工作站到企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控信息網(wǎng)在內(nèi)的完整解決方案;并有助于用戶開發(fā)的項目在這三個層次上的平滑遷移。

          這個嵌入式組態(tài)軟件包的組態(tài)環(huán)境包括:

          1. 工程管理器(包括項目、實時、設備等的管理)。

          2. 畫面組態(tài),包括趨勢圖,報警和報表。

          3. 實時和歷史的組態(tài)。

          4. 編譯下載系統(tǒng),組態(tài)安全系統(tǒng)。

          5. 作為嵌入式組態(tài)核心的控制系統(tǒng)組態(tài)包括以下部分:

          l 軟邏輯組態(tài),實現(xiàn)邏輯控制功能的軟PLC系統(tǒng)。

          l 連續(xù)過程組態(tài)及配置,實現(xiàn)流程控制的流程圖系統(tǒng)。

          l 調(diào)試工具,允許在線監(jiān)視各個內(nèi)部變量的值,監(jiān)控流程執(zhí)行順序,允許重新設置和啟動流程運行。

          l 仿真運行工具,在開發(fā)環(huán)境中,仿真運行控制流程,離線測試控制效果。

           這個嵌入式組態(tài)軟件包的運行環(huán)境包含了一個嵌入式實時多任務操作系統(tǒng),可以運行于低端硬件平臺,典型的應用平臺如下:

          l 24MHz I

          ntel386EX 高性能32 位微

          l 2M 字節(jié)系統(tǒng)RAM 包括支持DOS 的640KB 基本存儲器及相應的高端存儲器。

          l 512K 字節(jié)Flash 存儲器。

          l 10BASE-T 以太網(wǎng)控制接口NE2000 兼容。

          l 一個標準RS232C 串口。

          l 可以連接字符或點陣LCD 接口也可支持數(shù)字LED 接口。

          l 可連接擴展小鍵盤。

          l 可以連接液晶屏或顯示器。

          l 可直接支持M-System 公司的DiskOnChip 2000 系列芯片。

          l 供電電壓5V,工作電流330mA

          對于更高的性能需求,可以使用更高的CPU,更大的內(nèi)存,并擴充串口或總線采集設備等等。

          運行于運行環(huán)境中的,是由組態(tài)環(huán)境組態(tài)出來的控制流程和業(yè)務邏輯。整個運行系統(tǒng)由任務(task)來組織。每個任務包括一個控制流程,由控制流程執(zhí)行器執(zhí)行。任務可以由事件或中斷,定時時間間隔,系統(tǒng)出錯或報警,以及上位機指令來調(diào)用。運行環(huán)境的特殊狀態(tài)(例如:啟動,關閉)都有相應的事件對應。每個任務有優(yōu)先級設置,高優(yōu)先的任務能

          夠中斷低級優(yōu)先任務

          。同優(yōu)先級的程序若時間間隔設置不同,可競爭強占CPU資源。在控制流程中,可以進行邏輯和數(shù)學運算,流程判斷和執(zhí)行,設備掃描和處理,控制算法的循環(huán)計算、以及網(wǎng)絡通訊等操作。

          除了控制流程,運行環(huán)境中還包括以下一些系統(tǒng)服務。

          l 通訊服務,實現(xiàn)MCGS系統(tǒng)之間以及與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。

          l 存盤服務,實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲處理操作。

          l 日志服務,實現(xiàn)系統(tǒng)運行日志記錄功能。

          l 調(diào)試服務,輔助實現(xiàn)開發(fā)過程中的調(diào)試功能。

          由于嵌入式組態(tài)軟件交叉平臺開發(fā)的特性,以及其特殊的實時性能和穩(wěn)定性能要求,在整個開發(fā)過程中,調(diào)試工具起了一個非常重要的作用,可以說,調(diào)試工具的簡便易用,功能強大是嵌入式組態(tài)軟件被用戶接受的核心因素之一。MCGS嵌入式組態(tài)軟件提供了如下的調(diào)試功能。

          1)、帶有斷點設置功能??梢赃x擇任意任務中,在控制流程執(zhí)行的任意位置停止。

          2)、監(jiān)控運行系統(tǒng)運行狀態(tài)。通過串口或TCP/IP網(wǎng)絡通訊,采集運行系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫各個數(shù)據(jù)對象的數(shù)值,并在上位機的調(diào)試環(huán)境中顯示出來。

          3)、在線修改。在線情況下,修改部分組態(tài)結(jié)果或參數(shù),運行環(huán)境可以接受組態(tài)環(huán)境的命令,在任意時刻停止運行,重新下載組態(tài)結(jié)果或更新部分組態(tài)結(jié)果,重新開始運行。

          4)、運行系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對象數(shù)值的觀測和強制改變,以方便系統(tǒng)的調(diào)試。

          5)、仿真運行。允許在離線狀態(tài)下(不連接嵌入式系統(tǒng)),測試控制邏輯。仿真狀態(tài)下,允許如下操作:可設置斷點;直觀顯示各個流程執(zhí)行狀態(tài),各個變量當前數(shù)值;仿真I/O結(jié)果;輸入通過直接點擊對應的輸入點的狀態(tài)燈來實現(xiàn),數(shù)字量輸入允許直接改變模擬量,彈出電位器或數(shù)字輸入界面,模擬量和計數(shù)計時的值允許由數(shù)字直接輸出。

          同時,由于嵌入式組態(tài)軟件按功能剪裁的特性,以及其內(nèi)嵌的實時多任務操作系統(tǒng),可以在保證整個嵌入系統(tǒng)小體積,低成本,高實時性,高可靠性的同時,方便不具備嵌入式軟件開發(fā)經(jīng)驗的用戶在極短的時間內(nèi),使用嵌入式組態(tài)軟件快速開發(fā)完成一個嵌入式系統(tǒng),并極大縮短嵌入式產(chǎn)品進入市場的速度。



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