一、嵌入式PLC概念 嵌入式PLC是指在特定的控制裝置中實現(xiàn)PLC（Programable Logic Controller）編程語言的解釋、執(zhí)行，使特定裝置在自身專用功能基礎上具有PLC的基本功能。 PLC編程語言（又稱梯形圖語言）是一種面向工廠自動化工人師傅的語言，具有簡潔、直觀，面向工藝流程等許多優(yōu)點。PLC編程語言的出現(xiàn)使控制裝置中的硬件管和面向控制流程分離，PLC制造商專注于硬件及硬件管理，工廠自動化人員借助梯形圖語言作二次開發(fā)，使同一種PLC適用于不同的控制系統(tǒng)中，形成了可編程邏輯控制器（PLC）這種概念級產(chǎn)品。 但控制產(chǎn)品的設計已發(fā)展到一個追求個性化、差異化設計的階段。常規(guī)PLC無法進入的市場，面臨更多的是個性化、差異化的壓力，如成本控制、特殊功能等。出現(xiàn)了工控機（IPC）、單片機嵌入板與更貼近個性化需求的控制產(chǎn)品。IPC在互連、表達、算法等方面優(yōu)勢明顯，單片機系統(tǒng)在成本控制上更加靈活。IPC由于加載了操作系統(tǒng)（如NT）其實時性、穩(wěn)定性難以滿足連續(xù)控制的苛刻要求。更適合于監(jiān)控，低層通常用PLC；單片機系統(tǒng)將硬件管理和用戶工藝流程控制混在一起，制約了它的標準化，并最終失去成本競爭優(yōu)勢。 嵌入式PLC正是面向IPC和單片機系統(tǒng)開發(fā)的，它保留了PLC（借助梯形圖語言）硬件管理和工藝控制分離的優(yōu)勢，結(jié)合IPC和單片機提供的更個性化、差異化的設計方法，形成一種新的控制器設計理念。當我們在IPC中嵌入PLC的功能時，我們稱之為基于PC　Base的嵌入式PLC，當我們在單片機中嵌入PLC功能時，我們稱它為基于All ON One的嵌入式PLC（片級嵌入PLC）。來特別說明時，嵌入式PLC指片級嵌入式PLC，以下描述以科威公司EASY　V1.00嵌入式PLC為例。 二、嵌入式PLC軟件架構(gòu) 　1、總體結(jié)構(gòu) EASY　V1.00嵌入式PLC是一種實時性很強的操作系統(tǒng)軟件，總體結(jié)構(gòu)包括三個層面。 ①嵌入式PLC內(nèi)核　它完成實時任務調(diào)度，梯形圖語言解釋、執(zhí)行、通訊等基本功能，并提供二次開發(fā)驅(qū)動接口； ②二次開發(fā)程序　通過內(nèi)核提供的外掛任務，使用內(nèi)核開發(fā)各種面向具體對象個性化差異化的驅(qū)動程序； ③終端應用程序　指面向工藝流程控制的梯形圖語言編程； EASY　V1.00總體結(jié)構(gòu) 對于二次開發(fā)人員開發(fā)面向個性化對象的驅(qū)動程序，必須了解嵌入式PLC內(nèi)核結(jié)構(gòu)，尤其是驅(qū)動接口設計方法，下面分塊介紹內(nèi)核的各塊功能。 　2、實時OS 面向小型單片機，一般的實時操作系統(tǒng)無法加載，OS/Ⅱ 占用了過多的資源，EASY　V1.00內(nèi)核根據(jù)任務的類別、實時要求、定制了一款專用實時OS，它無文件系統(tǒng)和內(nèi)存管理兩部分。 ①硬實時狀態(tài)下的搶占式并發(fā)任務管理 EASY　V1.00內(nèi)核提供2.5ms基準時基，它作為一種不可剝奪的任務循環(huán)執(zhí)行用于各類任務的監(jiān)控管理。 對于工控應用中的異步事件采用并發(fā)式任務管理，通過各類中斷搶占任務的掛起、執(zhí)行，每類異步任務執(zhí)行前，在2.5ms任務中注冊，執(zhí)行后注銷，通過2.5ms時基監(jiān)控并發(fā)任務的流量及阻塞狀況并報字到上一級任務調(diào)度。 在EASY　V1.00中，存在以下異步任務： ＊通信數(shù)據(jù)鏈絡層的字節(jié)流 ＊梯形圖語言中的定時器 ＊二次開發(fā)驅(qū)動程序中的實時異步任務 并發(fā)任務管理是EASY　V1.00中最低層的任務管理，達到ms級實時效果，單位時間內(nèi)（1ms）占用CPU機時峰值為: 　　 R T并＝∑Niti 　　　I=0 Ni-1ms內(nèi)任務的最大執(zhí)行次數(shù)，ti-i任務的一次執(zhí)行最大時間。 EASY　V1.00并發(fā)任務實時數(shù)據(jù) T并＝10ms+25ms+25ms+50Hs+40Hs+ΔT+∑Njtj 　　　 j=3 R ＝150ms+ΔT+∑Njtj j=3 其中ΔT為驅(qū)動異步任務管理時，在2.5ms時基中占用的時間 R ∑Njtj為驅(qū)動異步事件任務占用的時間。 j=3 　　　　　　　　 R 系統(tǒng)阻塞條件為ΔT+∑Njtj>1000Hs-150Hs=750ms 　　　　　　　　 j=3 ②軟實時狀態(tài)下的時間片級間任務調(diào)度 PLC梯形圖語言以“掃描周期”方式逐條指令解釋執(zhí)行的，2.5ms時基監(jiān)控最大掃描時間，在規(guī)定掃描時間內(nèi)完成各項任務。 將執(zhí)行一條梯形圖指令及相關任務定義為一個時間片，所有時間片總和為“掃描周期”。 EASY　V1.00一個時間片調(diào)度的任務如下： ＊執(zhí)行一條梯形圖語句 ＊查詢通信報文狀態(tài)及報文拆裝 ＊查詢梯形圖函數(shù)調(diào)用及運行調(diào)用函數(shù) ＊查詢用戶軟實時任務及執(zhí)行用戶任務（用戶軟中斷） 時間片輪間占用CPU機時峰值為 　　　4 T片＝∑MRTK 　　　k＝1 k為4個軟實時任務，mk為每個軟實時任務的子任務數(shù)，Tr為每個軟實時任務的執(zhí)行時間。 T片＝3－45ms+t4 t4為用戶軟中斷任務占用時間和。 “掃描周期”指解釋、執(zhí)行所有梯形圖指令并執(zhí)行掃描結(jié)束處理所占用的時間，由于這期間有并發(fā)任務產(chǎn)生，“掃描周期”應包括并發(fā)任務占用時間。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 R 并發(fā)任務占用比X＝T并/ 1ms ＝ （150ms+ΔT+∑Njtj）/1000ms ＝15%－100% j=3 設用戶梯形圖含X條指令 T掃＝（X.T片+ΔTend）/X ΔTend為掃描結(jié)束處理占用時間。（待續(xù)）