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基于ARM的PLC指令编译与并行运算数据配置的设计

作　者: 吴笔迅
导　师: 蔡启仲; 李克俭
学　校: 广西工学院
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: PLC指令编译 并行运算 数据配置 ARM
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着技术的不断更新，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技术已经广泛应用于工业控制各领域，但常用PLC指令的运行具有并行性不高的局限性。为了进一步提高PLC系统执行效率，国内外都在展开相关的研究工作。本文基于ARM+FPGA的PLC主机结构，结合一种新型的PLC指令系统，提出在ARM上将PLC源程序编译生成适合FPGA运行的目标代码编译方法和方便ARM和FPGA进行并行执行PLC指令的数据配置方法。指令的编译包括静态编译和动态编译两个过程，特别是在静态编译设计中提出一种名为“回溯法”的方法处理了ARM无法预知的跳转地址在跳转指令后面的问题，以一个PLC梯形图程序为例对两个编译的过程进行描述。利用FPGA高速并行运算的优势，提高了PLC主机执行PLC指令的效率，最后本文对ARM系统本身的编译功能以及PLC主机进行了各项测试。主要成果如下：(1)完成了PLC指令静态编译设计。针对系统的需求，设计了该系统有关PLC指令静态编译的整体方案，包括给出所有基本指令和功能指令的编译思路和具体设计描述。尤其是提出一种处理ARM无法预计的跳转地址在跳转指令后面的处理方法——“回溯法”。(2)完成了PLC指令动态编译设计。针对系统的需求，设计该系统有关PLC指令动态编译的整体方案，包括给出所有基本指令和功能指令的编译思路、具体设计描述以及编码格式。(3)完成了并行运算数据配置的设计。给出了数据配置的设计思路以及具体设计，包括数据配置的开发环境和各种开发工具、μC/OS-II操作系统的移植、存储器中主要数据的配置、ARM系统和FPGA系统通信的数据配置、任务调度以及任务间通信的设计。(4)完成了系统的测试。通过ARM系统自身的测试以及与其他系统的联调测试，验证了本课题设计的PLC主机的PLC指令运行的效率要优于常用PLC指令的运行，也验证了本文设计对全部基本指令和跳转指令编译的正确性，最后还验证了PLC主机运行PLC程序的过程。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-12
  1.1 课题背景以及研究意义  9
  1.2 国内外 PLC 研究状况  9-11
  1.3 论文的主要任务  11-12
第二章 总体设计思路  12-25
  2.1 PLC 主机的分析  12-15
    2.1.1 PLC 主机的构架  12-13
    2.1.2 PLC 主机的运行过程  13-15
  2.2 新型 PLC 指令分析  15-18
  2.3 指令编译总体设计思路  18-21
    2.3.1 编译目的  18-19
    2.3.2 编译方式的分析  19
    2.3.3 静态编译设计思路  19-20
    2.3.4 动态编译设计思路  20-21
  2.4 并行运算数据配置设计思路  21-25
    2.4.1 PLC 软元件在 ARM 内存储器的分配  21
    2.4.2 ARM 和 FPGA 的数据配置  21-25
第三章 静态编译设计  25-35
  3.1 静态编译具体设计  25-32
    3.1.1 链表 Line 结构  25-26
    3.1.2 逐条指令编译  26-29
    3.1.3 行程序模块的划分  29
    3.1.4 中断处理  29-30
    3.1.5 操作数对应元件映像区的初始化  30-31
    3.1.6 PLC 程序中定时器/计数器信息处理  31
    3.1.7 编译结果的存放  31-32
  3.2 静态编译实例  32-34
  3.3 本章小结  34-35
第四章 动态编译设计  35-49
  4.1 动态编译设计  35-47
    4.1.1 动态编译原则  35
    4.1.2 动态编译详述  35-47
  4.2 动态编译实例  47-48
  4.3 本章小结  48-49
第五章 并行运算数据配置的设计  49-56
  5.1 数据配置环境  49-51
    5.1.1 开发环境以及开发工具  49
    5.1.2 μC/OS-II 在本系统上的移植  49-51
  5.2 存储器中数据的配置  51-53
  5.3 ARM 与 FPGA 通信数据的配置  53-54
  5.4 任务调度以及任务间通信的设计  54-55
  5.5 本章小结  55-56
第六章 系统测试  56-65
  6.1 ARM 编译测试  56-63
  6.2 通信联调测试  63-64
  6.3 本章小结  64-65
第七章 结论  65-66
  7.1 本文工作总结  65
  7.2 展望及有待完善的工作  65-66
参考文献  66-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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