嵌入式系统和PLC课件.ppt

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1、,嵌入式系统和PLC,专业：机电工程及其自动化,一、嵌入式系统的概念,1、从硬件上 2、从软件上,1、从硬件上,从硬件上，将基于CPU的外围器件，整合到CPU芯片内部，比如早期基于X86体系结构下的计算机，CPU只是有运算器和累加器的功能，一切芯片要造外部桥路来扩展实现，象串口之类的都是靠外部的串口控制器芯片实现，而目前的这种串口控制器芯片早已集成到CPU内部，还有PC机有显卡，而多数嵌入式处理器都带有LCD控制器，但其种意义上就相当于显卡。,2、从软件上,从软件上前，就是在定制操作系统内核里将应用一并选入，编译后将内核下载到ROM中。而在定制操作系统内核时所选择的应用程序组 件就是完成了软件

2、的“嵌入”，比如WinCE在内核定制时，会有相应选择，其中就是wordpad、PDF、MediaPlay 等等选择，如果我们选择 了，在CE启动后，就可以在界面中找到这些东西，如果是以前PC上将的windows操作系统，多半的东西都需要我们得新再装。,二、嵌入式系统的分层与专业的分类,嵌入式系统分为层，硬件层、驱动层、操作系统层和应用层,嵌入式系统的分层与专业的分类,1、硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片机及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬件层也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是要能够看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设

3、计的，同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。但硬件平台是基础，增值还要靠软件。硬件层比较适合于，电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业的人来搞，需要掌握的专业基础知识有，单片机原理及接口技术、微机原理及接口技术、C语言。,嵌入式系统的分层与专业的分类,2、驱动层，这部分比较难，驱动工程师不仅要能看懂电路图还要能对操作系统内核十分的精通，以便其所写的驱动程序在系统调用时，不会独占操作系统时间片，而导 至其它任务不能动行，不懂操作系统内核架构和实时调度性，没有良好的驱动编写风格，按大多数书上所说添加的驱动的方式，很多人都能做到，但可能连个初级的 驱动工程师的水平都达不到，这样所写的驱

4、动在应用调用时就如同windows下我们打开一个程序运行后，再打开一个程序时，要不就是中断以前的程序，要不 就是等上一会才能运行后来打开的程序。,嵌入式系统的分层与专业的分类,想做个好的驱动人员没有三、四年功底，操作系统内核不研究上几编，不是太容易成功的，但其工资在嵌入式系统四层中可 是最高的。驱动层比较适合于电子、通信、自动化、机电一体、信息工程类专业尤其是计算机偏体系结构类专业的人来搞，除硬件层所具备的基础学科外，还要对数据结构与算法、操作系统原理、编译原理都要十分精通了解。,嵌入式系统的分层与专业的分类,3、操作系统层：对于操作系统层目前可能只能说是简单的移植，而很少有人来自已写操作系统

5、，或者写出缺胳膊少腿的操作系统来，这部分工作大都由驱动工程师来完成。操作系统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理，而嵌入式系统的实时性十分重要。据说，XP操作系统是微软投入300人用两年时间才搞定的，总时工时是600人年，中科院软件所自己的女娲Hopen操作系统估计也得花遇几百人年才能搞定。,嵌入式系统的分层与专业的分类,4、应用层：相对来讲较为容易的，如果会在windows下如何进行编程接口函数调用，到操作系统下只是编译和开发环 境有相应的变化而已。如果涉及Java方面的编程也是如此的。嵌入式系统中涉及算法的由专业算法的人来处理的，不必归结到嵌入式系统范畴内。但如果涉及嵌 入式系统下面嵌入

6、式数据库、基于嵌入式系统的网络编程和基于某此应用层面的协议应用开发（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又较为复杂，并且有难度。了）,嵌入式系统的几个重要的特点,小型系统内核；小型系统内核；专用性较强；专用性较强；系统精简，以减少控制系统成本，系统精简，以减少控制系统成本，利于实现系统 安全；安全；采用高实时性的操作系统，且软件要固化存储；,嵌入式系统的几个重要的特点,采用高实时性的操作系统，且软件要固化存储；使用多任务的操作系统，使软件开发标准化；使用多任务的操作系统，使软件开发标准化；嵌入式系统开发需要专门的工具和环境。嵌入式系统开发需要专门的工具和环境。,嵌入式的应用和发展趋

7、势,嵌入式系统的应用和发展趋势,手机应用,韩国电信手机/电视遥控器二合一产品,视手机,内置 DVB-H 移动电,Sony Ericsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑,嵌入式系统的应用和发展趋势,芯片方面：是可编程片上系统。宏观方面：使嵌入式系统更经济、小型、可靠、快速、智能化、使嵌入式系统更经济、小型、可靠、快速、智能化、网络化。网络化。很便宜，让更多的人能买得起。经济性 很便宜，让更多的人能买得起。小型化（笔记本、PDA）小型化（笔记本、）人们携带方便。,嵌入式PLC,、嵌入式PLC产品有哪些特点？利用嵌入式PLC软件开发出的应用产品，我们称之为嵌入式PLC产品。嵌入式PLC产品具

8、有以下特点：用梯形图语言编写应用程序。能与多家人机界面连接，如台达、EView等。支持CANBUS网络结构。与其它厂家PLC并联运行。,嵌入式PLC产品举例,、可编程控制器Easy-40MR、空压机控制器、供水控制器,可编程控制器的发展,1969年，美国数字设备公司根据美国通用汽车公司招标 年 的要求，的要求，研制出世界上第一台可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，,可编程控制器的发展,PLC及其网络已成为工厂企业首选的工业控制装置，并成 及其网络已成为工厂企业首选的工业控制装置，及其网络已成为工厂企业首选的工业控制装置 系统不可或缺的基本组成

9、部分。为CIMS系统不可或缺的基本组成部分。PLC及其网络已 系统不可或缺的基本组成部分 及其网络已 经被公认为现代工业自动化三大支柱,可编程控制器的发展趋势,发展趋势：向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小 向体积更小、速度更快、型方面发展，以占领小型、型方面发展，以占领小型、分散和简单功能的工业控 制市场。,可编程控制器的发展趋势,发展趋势：向大型网络化化、高速度、高可靠性、好的兼容性和 向大型网络化化、高速度、高可靠性、多功能方面发展，使其向下可将多个PLC、I/O框架 多功能方面发展，使其向下可将多个、框架 相连；向上与工业计算机、以太网、相连；向上与工业计算机、以太网、MAP

10、（制造业自（动化通信协议）动化通信协议）网等相连构成整个工厂的自动化控制 系统,PLC的特点,(1)功能齐全：功能齐全：多种控制功能；多种控制功能；输入/输出接口功能 输出接口功能；输入 输出接口功能；数据存储与处理功能；数据存储与处理功能；通信联网功能；通信联网功能；其他扩展功能。其他扩展功能。(2)应用灵活 标准的积木硬件结构和模块化的软件设计。标准的积木硬件结构和模块化的软件设计。,PLC的特点,(3)操作维修方便，稳定可靠 操作维修方便，PLC 采用电气操作人员习惯的梯形图形式编程与功能助记符编程。采用电气操作人员习惯的梯形图形式编程与功能助记符编程。PLC 机具有完善的监视和诊断功能

11、。其内部工作等状态均有醒目 机具有完善的监视和诊断功能。的显示，大多数模件可以带电插拔。的显示，大多数模件可以带电插拔。(4)模块智能化、通信网络化 模块智能化。,PLC主要应用场合,开关逻辑控制（如自动电梯的控制、传输皮带的控制等）；如自动电梯的控制、传输皮带的控制等）闭环过程控制（如锅炉运行控制，自动焊机控制、连轧机的速 如锅炉运行控制，自动焊机控制、度和位置控制等）；,PLC主要应用场合,机械加工的数字控制；机械加工的数字控制；机器人控制；机器人控制；多级网络系统；多级网络系统。,PLC 的短处,但控制产品的设计已发展到一个追求个性化、差异化设计的阶段。常规PLC无法进入的市场，面临更多

12、的是个性化、差异化的压力，如成本控制、特殊功能等。出现了工控机（IPC）、单片机嵌入板与更贴近个性化需求的控制产品。IPC在互连、表达、算法等方面优势明显，单片机系统在成本控制上更加灵活。IPC由于加载了操作系统（如NT）其实时性、稳定性难以满足连续控制的苛刻要求。更适合于监控，低层通常用PLC；单片机系统将硬件管理和用户工艺流程控制混在一起，制约了它的标准化，并最终失去成本竞争优势。,嵌入式PLC,嵌入式PLC正是面向IPC和单片机系统开发的，它保留了PLC（借助梯形图语言）硬件管理和工艺控制分离的优势，结合IPC和单片机提供的更个性化、差异化的设计方法，形成一种新的控制器设计理念。当我们在IPC中嵌入PLC的功能时，我们称之为基于PCBase的嵌入式PLC，当我们在单片机中嵌入PLC功能时，我们称它为基于All ON One的嵌入式PLC（片级嵌入PLC）。,嵌入式PLC软件架构,总体结构：嵌入式PLC内核 二次开发程序 终端应用程序,谢谢观赏,2011.06.13浙江理工大学教学二号楼542,