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基于ARM的嵌入式PLC的设计与开发

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基于ARM的嵌入式PLC的设计与开发

吴国中;王小军

【摘 要】Embedded PLC is developed for IPC and MCU, and it retains not

only the characteristics of being easy to handle and stability of PLC, but

also the function of flexible expansion and cost-effective advantages. This

paper analyzes tile different characteristics of PLC and MCU, and designs a

hardware circuit of Embedded PLC by using ARM chip. The result shows

that the design is reasonable and re- liable, with great feasibility.%嵌入式PLC是面向IPC和单片机系统开发的，它既保留了PLC的简单易用和稳定性，又具有功能扩展灵活以及性价比高的优点。本文分析了PLC和单片机的不同特点，利用ARM嵌入式芯片设计出了嵌入式PLC的硬件电路，并通过实践证明了该设计方案合理可靠，具有实际可行性。

【期刊名称】《南京工业职业技术学院学报》

【年(卷),期】2012(012)004

【总页数】3页(P25-27)

【关键词】嵌入式PLC;ARM芯片;硬件电路;输入模块;输出模块

【作 者】吴国中;王小军

【作者单位】南京工业职业技术学院能源与电气工程学院,江苏南京210023;南京军区联勤部,江苏南京210016

【正文语种】中 文 【中图分类】TM571.61

引言

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。嵌入式PLC既具有IPC在互连、表达、算法等方面的优势，又具有普通PLC简单、方便和可靠性，还具有单片机系统的低成本趋势［1］。

嵌入式PLC因其自身的优点在自动控制过程中受到广泛的青睐，承担着重要角色。由于嵌入式PLC的梯形图语言简洁、直观且面向工艺流程的特点，使控制装置中的硬件管理和面向控制流程分离。嵌入式PLC是指在特定的控制装置中，实现PLC梯形图编程语言的解释、执行，使特定装置在自身专用功能基础上具有PLC的基本功能。与普通PLC相比它具有以下优点:(1)定制性强，扩展灵活，以最小系统为中心，可扩展各种功能板。可实现普通PLC不提供或价格昂贵的功能。比如:GPRSInternet、红外遥控和通信等;(2)性价比高，可以根据现场需要，去除不使用的功能。节省成本和系统复杂性。

而ARM系列处理器是英国先进RISC及其公司(Advanced RISC Machine(ARM))的产品。ARM公司自成立以来，一直以IP提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权，提供高性能、低功耗、低成本和高可靠性的RISC处理器核、外围部件和系统级芯片的应用解决设计方案［2］。ARM处理器具有低功耗和高性能的显著优势，运算速度快。把ARM处理器用于PLC的设计，既促进了嵌入式系统的应用，又大幅度了PLC的功能。使PLC功能在运算速度、存储容量以及网络通信功能有了显著提高，对PLC本身的发展的一个趋势和方向。

1 嵌入式PLC的硬件结构设计 普通的单片机与PLC之间在本质上是一致的，都是接受输入信号，然后通过CPU的运算处理，再输出相应的数字信号。主要差别是普通单片机输入输出信号是由单片机的引脚来接收的，是TTL电平形式［2］，是数字信号。而不能直接和外界的传感器，执行器等信号直接相连。而PLC的输入和输出是由其自身的输入输出模块完成的，基本上能和外界信号直接相连［3］，而且自身还带有模拟量模块，进行D/A和A/D转换，其基本结构如图1所示，所以使用起来非常方便。其次最重要的是单片机的编程要采用汇编或者C语言来完成，对用户要求高，开发周期长等问题。

图1 嵌入式PLC的系统框架结构图

1.1 电源电路设计

因为ARM单片机需要的3.3V和1.8V的电源电压，故可采用厂家推荐的电源模块进行电压转换，其电路如图2所示。

图2 电源电路模块

1.2 存储器模块电路设计

Flash存储器是一种可在系统(In－System)进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程(烧写)、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。常用的Flash为8位或16位的数据宽度，编程电压为单3.3V。本系统采用K9F5608 NAND

FLASH存储器，其连接电路如图3所示。

图3 存储器模块电路

1.3 输入模块设计

外界输入信号通过简单滤波，然后通过TLP521光藕进行信号隔离与传递，把外界非标准TTL电平信号转化成能够直接送给单片机的标准TTL电平信号。如图4所示。

图4 输入模块部分电路原理图

1.4 输出模块设计

单片机的输出信号也为小的数字信号，必须要把数字信号进行放大，并且要与外界的强电信号完全隔离开，才能进行驱动外设如:继电器、交流接触器、电磁阀等外部设备。其输出模块模型如图5所示，其输出电路如图6所示。

图5 输出模型

图6 输出部分电路原理图

2 编程平台的开发

编程平台的开发相对比较复杂，常采用VC++进行开发。把梯形图各种指令编译压缩到堆栈中，设计出编译程序［4］。我们设计的编程平台能够使用梯形图的基本指令，设计的瘦编译器把梯形图翻译成ST指令，然后把ST指令翻译成二进制代码，并下载到单片机里，单片机就可以执行客户程序了［5－7］。如图7所示，就是我们开发的PLC编程平台。

图7 PLC编程平台

3 结论

笔者通过自制的PLC在实验室测试效果较好，如图8所示的PLC正在工作。在一些老的机床改造上应用，经过一段时间的运行和观察，设备运行平稳良好，性能稳定，能够代替简单的PLC，取得了一定的经济效益和社会效益。如果进一步进行开发，完善编程平台，完全可以做出具有自主知识产权的高性能的PLC，从而推动国内工业自动化水平。

图8 在实验室里测试的PLC

参考文献: ［1］ 高春侠，张磊.基于C8051F单片机的嵌入式PLC系统的研究［J］.电气自动化，2009，31(3):55-58.

［2］ 吴玉香，郭建勋，周建香.嵌入式软PLC编程系统的设计［J］.控制工程，2010，17(3):363-366.

［3］ 李慧强，程广河，韩凌燕，等.两种嵌入式PLC执行机制的比较分析与验证［J］.自动化仪表，2010，31(1):18-22.

［4］ 罗燕华.嵌入式软PLC技术的研究与实现［D］.武汉:华中科技大学，2006.

［5］ 常文平.电气控制与PLC原理及应用［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2006.

［6］ 田裕康.PLC编程语言解释方法研究与系统实现［D］.武汉:武汉理工大学，2004.

［7］ 杨公源.可编程控制器(PLC)原理与应用［M］.北京:电子工业出版社，2004.

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基于ARM嵌入式开发的BootLoader设计与实现

基于ARM嵌入式开发的BootLoader设计与实现

ＩＳＳＮ　１０Ｏ９—３０４４　ＣｏｍｐｕｔｅｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术　Ｖｏ１．１０，Ｎｏ．４，Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２０１４　Ｅ—ｎ￣ａｉｌ：ｘｓｊｌ＠ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｃｎ　６５６９０９６４　

基于ＡＲＭ嵌入式开发的ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ设计与实现　

徐磊　

（贵州师范大学数学与计算机学院，贵州贵阳５５０００１）　

摘要：该文简要介绍了嵌入式开发中引导程序的重要性。以及嵌入式开发过程申ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ的实现原理，并结合基于　

ＡＲＭ体系架构￥３Ｃ２４１０芯片中ＢｏｏｔＬｏａｄｅｒ的具体开发过程与实例对系统引导程序作出深入剖析，测试结果表明该设计　具有良好的稳定性和高效性。　

关键词：嵌入式开发；ｂｏｏｔｌｏｏｄｅｒ；引导加载程序　

中图分类号：ＴＰ３１１文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—３０４４（２０１４）０４—０７６２—０３　

随着移动互联网的发展，嵌入式设备已经普及到社会的每个角落。嵌入式处理器种类繁多，有ＡＲＭ、ＭＩＰＳ／ＰＰＣ等多种架构。　

其中３２位ＡＲＭ嵌入式处理器具有高性能、低功耗以及价格低廉的特征，已被广泛用于消费电子品和无线网络通信设备上。目前　

用于嵌入式开发的操作系统多种多样，如嵌入式Ｌｉｎｕｘ、ＶｘＷｏｒｋｓ、ｗｉｎｄｏｗｓＣＥ等。其中，Ｌｉｎｕｘ是遵循ＧＰＬ协议的开发源码的操作系　

统，内核可以任意剪裁以及支持硬件种类繁多。　要把嵌人式ＬＩＮＵＸ操作系统移植到嵌入式设备的裸板上，我们必须开发出类似个人ｐｃ上的ＢＩＯＳ来把ｌｉｎｕｘ操作系统读到内　

存中运行。这个类似于ＢＩＯＳ的启动程序就叫Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ，其目的是用于初始化硬件并且进一步加载、引导嵌入式操作系统体系运　

行。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ功能是初始化硬件设备，完成处理器以及各种设备的初始化工作；屏蔽底层硬件差异，使得上层应用软件编写和移　

植更加方便；调用操作系统内核，起到引导和加载内核的作用；向内核传递必要的与硬件相关的信息。当内核启动后，Ｂｏｏｆｉｏａｄｅｒ的　

嵌入式软PLC编程系统的设计

嵌入式软PLC编程系统的设计

嵌入式软PLC编程系统的设计

安静

【摘 要】完成了一种在Windows操作环境下采用VC++开发工具设计的嵌入式软PLC编程系统.采用面向对象的设计思想,提出了描述软PLC梯形图元件的数据结构,以及对梯形图元件集合存储和交互式的方案.该系统针对VC++的Document/View的结构,设计了软PLC编程系统的软件结构,分为编辑、编译和仿真等功能模块,且结合相应的算法实现,并重点介绍了梯形图程序的编辑和编译扫描原理.为低成本高效率实现嵌入式软PLC编程系统提出了新方案,也为软件开发人员提供了一种软件设计的新思维.

【期刊名称】《电气传动自动化》

【年(卷),期】2010(032)006

【总页数】5页(P33-37)

【关键词】软PLC;梯形图;编辑;编译;仿真

【作 者】安静

【作者单位】广东松山职业技术学院,电气工程系,广东,韶关,512126

【正文语种】中 文

【中图分类】TP273

1 引言

随着控制技术向网络化、智能化和开放式发展，传统PLC逐渐暴露出其许多不足。主要表现为技术封闭，造成了各生产厂商的PLC产品互不兼容，且编程开发方法差别很大，技术专门性很强，用户必须经过长期培训才能掌握其中一种产品的开发方法，这些问题制约了传统PLC的快速发展［1]。随着计算机科学的发展和工业控制的IEC61131国际标准的制定，出现了用软件方式实现传统PLC控制功能的软PLC技术。

软PLC具有符合现代工业控制技术的优点，体系结构开放，支持多种硬件环境，解决了传统硬PLC互不兼容的问题。软PLC把控制运算的功能封装在软件中，具有传统PLC的功能，可在计算机操作系统中实现程序的编辑、运算、编译、存储等功能，具有编程语言标准化、控制功能模块化、硬件配置灵活等特点［2]。

本文介绍的嵌入式软PLC编程系统软件在Windows环境下引入VC++开发工具，利用VC++强大的软件功能，使人机交互界面更友好，由于VC++固有的面向对象机制，可方便地设计梯形图数据结构，并结合相应的算法，完成软PLC编程系统设计。本文主要给出编辑、编译和仿真模块。

嵌入式软PLC技术研究

嵌入式软PLC技术研究

科技慵报开发与经济　ＳＣＩ－ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００７年第ｌ７卷第５期　文章编号：１００５－６０３３（２００７）０５－０２０８—０２　嵌入式软ＰＬＣ技术研究　王景辉，师卫　（太原理工大学信息工程学院，山西太原，０３００２４）　摘要：介绍了嵌入式系统和软ＰＩＥ的概念与特点，提出了嵌入式软ＰＬＣ的总体设计　思路。　关键词：嵌入式系统；软ＰＬＣ；工业控制　中图分类号：ＴＰ３１　文献标识码：Ａ　嵌入式软ＰＬＣ是架构在嵌入式ＰＣ的软ＰＬＣ系统，具有非常广泛的　应用前景，在自动化领域采用基于嵌入式ＰＣ的软ＰＬＣ来代替传统硬　ＰＬＣ产品已经成为一个趋势。目前国内外的嵌入式软ＰＬＣ－正处于发展初　期，成熟的产品不多，离用户的需求还有一定的差距，因此研制嵌入式软　ＰＬＣ具有重要的意义。　１嵌入式系统和软ＰＬＣ　１．１嵌入式系统　嵌入式系统一般指以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可　裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用　计算机系统。它通常由３部分组成：嵌入式处理器、相关的硬件支持设备　以及嵌入式软件系统。嵌入式系统是面对某一特定应用，所以它的硬件　系统相对于ＰＣ来说要简单，是由一些专门集成的电路搭建而成的。嵌入　式系统的软件包括操作系统和应用软件。　随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，嵌入式系统已经渗透到　我们生活的每一个角落。与通用计算机系统相比，嵌入式系统具有以下　特点：实时性、专用性、可靠性、开发困难、技术密集、性价比高。随着　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的飞速发展，嵌入式设备与Ｉｍｅｍｅｔ的结合将代表嵌入式系　统的未来。另外，小范围无线接人协议与嵌入式系统的结合，也将推动嵌　入式系统的广泛应用。　１．２　ＩＥＣ６１１３１—３标准　软ＰＬＣ是随着工业自动化控制领域的最新国际标准ＩＥＣ　６１　１３１的　颁布而发展起来的，２Ｏ世纪９Ｏ年代初，ＩＥＣ（国际电工委员会）颁布了　ＩＥＣ　６１１３１国际标准，其内容涵盖了ＰＬＣ整个生命周期的各个部分。其中　包括：通用信息，包含通用定义和ＰＬＣ区别于其他系统的典型功能特性；　设备要求和测试：定义设备的电气、机械和功能要求以及相应的产品质　量合格性测试；编程语言，通过形式定义、词法、语法和（部分地）语义描　述以及示例。定义基本的软件模型和编程语言；用户导则，提供面向实际　的信息；通信服务规范，关于不同制造商的ＰＬＣ彼此之间以及它们和其　他设备之间的通信。　ＩＥＣ于１９９３年发布了ＩＥＣ　６１　１３１—３有关可编程序控制器编程的标　准，此标准有着世界范围的支持厂商，但独立于任何单一的公司。ＩＥＣ　６１１３１—３是ＩＥＣ６１１３１国际标准的第３部分，也是工业控制编程唯一的　国际标准，此编程标准包括５种ＰＬＣ编程语言，其中３种是图形化语言，　２种是文本化语言。图形化语言有梯形图（ＬａｄｄｅｒＤｉａｇｒａｍ—ＬＤ），顺序功　能图（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｃｈａｒｔ—ｓＦＣ），功能块图（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂｌｏｃｋ　Ｄｉａｇｒａｍ－　ＦＢＤ）；文本化语言有指令表（Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｌｉｓｔ一几）和结构文本（Ｓｔｒｕｅｔｕ￣　Ｔｅｘｔ—ＳＴ）。ＩＥＣ并不要求每个产品都运行上述全部５种语言，可以只运行　其中一种或几种，但这几种语言必须符合标准。同时此标准还允许在同　一个程序中使用多种编程语言进行混合编程，从而可使编程者能选用不　同的语言来适应特殊的工作。后来ｇｒｉｚｄｏｍ系统公司将Ｃ＋＋也纳入ＩＥＣ　１１３１的语言表中，从而允许更大范围的编程人员和操作系统所编的程序　能进行编译。　１．３软Ｉ）ＬＣ　收稿日期：２００６—１０－２６　

一种基于ARM的嵌入式操作系统的移植与应用

一种基于ARM的嵌入式操作系统的移植与应用

Ｖ０１．５１　Ｎｏ．１　丁程与试验ＥＮＧ１ＮＥＥＲＩＮＧ＆．ＴＥＳＴ　Ｍａｒ．２Ｏ１１　

一种基于ＡＲＭ的嵌入式操作系统的移植与应用　

王　伟　，韩　巍　，张　泳　，殷　丹　

（１．长春机械科学研究院有限公司技术开发部，吉林长春１３００１２；　

２．吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，吉林长春１３００２５）　

摘　要：阐述了ｕＣｌｉｎｕｘ操作系统的特点以及在基于ＡＲＭ硬件平台上的移植方法和应用程序的开发流程，针对没　有ＭＭＵ的３２位嵌人式处理器进行裁剪、配置，并结合实例说明此种方法可行有效。这项技术可以广泛应用在各　类控制器的研发上，它从根本上解决了以往单片机不能利用操作系统来解决如网络、图形界面处理等问题的困扰。　

关键词：ＡＲＭ；ｕＣｌｉｎｕｘ；移植；嵌入式系统　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ｂ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—３４０７．２０１１．０１．０１８　

Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　

Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ　

Ｗａｎｇ　Ｗｅｉ　，Ｈａｎ　Ｗｅｉ　，Ｚｈａｎｇ　Ｙｏｎｇ　，Ｙｉｎ　Ｄａｎ。　

（１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．　

Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｄｙｎａｍｉｃ　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００２５，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｕＣｌｉｎｕｘ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　

ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｒｏｐｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａ—