基于ARM_Cortex-M4的PLC结构化框架研究_陈占标.pdf
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1、dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术60|基于ARM Cortex-M4的PLC结构化框架研究陈占标泉州市天志智能科技有限公司,福建泉州362000摘要:本文构建了包括硬件抽象层、软件构件层和应用层的基于ARMCortex-M4的PLC结构化汇编框架,并指出了框架设计原则,设计了包括CAN模块扩展站点分配功能和PID功能的、具有层次性的框架。最后,测试结果表明PLC结构化汇编框架规范且具有实用性。关键词:PLC;ARMCortex-M4;汇编框架;汇编程序中图分类号:TP212文献标志码:ADOI:10.19772/ki.209
2、6-4455.2022.12.013 0引言ARM Cortex-M4主要应用于传感、决策、中断驱动等领域,具有功耗低、成本低、性能高、扩展性好等特征1。但与C语言相比,基于ARM Cortex-M4的PLC结构化框架不够直观,编程难度较大,对基于ARM Cortex-M4的PLC结构化框架应用发展产生不利影响。对此,本文构建PLC结构化汇编框架模型,根据框架设计原则,设计具有可移植性,包括CAN模块扩展站点分配功能和PID功能的框架,并对PLC框架进行测试分析,旨在为学习者有效学习及提升编程效率提供借鉴与参考。1PLC结构化汇编框架模型构建PLC结构化汇编框架可应用于汇编编程,在具体编程时,
3、可以应用硬件抽象层、软件构件层、应用层三层逻辑架构2,具体如图1所示。硬件抽象层应用嵌入式系统,该系统可以将硬件与软件系统融合,有利于明确硬件与软件之间的关系3。在具体应用中,硬件层应用于芯片上电后复位启动与编译链接中,可以对设备外设的硬件寄存器地址和异常进行自整定处理。软件构件层具有可重复性、规范性、嵌入性图 1结构化汇编框架特征,是组织嵌入式系统的功能单位4。需要注意的是,应用构建是封装而成的,所以在编程过程中,需要调用底层驱动构件。应用层包括中断服务例程、用户主程序等。2PLC结构化汇编框架设计原则基于软件工程理论的分析可知,保证结构的清晰性是PLC结构化汇编框架设计的基本点。在文件内容
4、安排方面,应保证其具有合理性、易修改性、可扩展性等特征5。为保证软件开发效率与质量,在设计PLC结构化汇编框架过程中,作者简介:陈占标,男,福建三明,中级工程师,研究方向:工业控制系统研究与开发。电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|61电子元器件与材料表 1PLC 结构化汇编框架的技术参数软件支持软件支持 GX Developer 与 GX Works2 软件编程、读取、下载、检验、诊断、监控程序步数程序步数32000 步电压输入额定电压DC24V电压变动电压变动范围:5%电压失衡率 3%;频率 5%X 点输入元件范围X0X377 计 256 点硬件范围X0X77 计 64 点 Y 点输出
5、元件范围Y0Y377 计 256 点硬件范围Y0Y77 计 64 点 高速脉冲最大支持 Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7 八路,Y0-Y5 同时最高 200KHz,Y6-Y7 同时最高 100KHz,支持 PLSY 与 PLSR 发送脉冲(支持定位指令)模拟量AD 输入最多 16 路,0-10V/4-20ma,12bitDA 输出2 路,0-10V/4-20ma,12bit通信接口RS2321 路,支持梯形图下载、触摸屏通信协议RS4852 路,支持主从站设置,MODBUS-RTU 协议(支持位元件按字读取)、RS、RS2 无协议通信,支持主站编程协议。CAN支持寄存器共享;支持
6、模块扩展功能,最大支持 16 个从机,支持扩展输入、输出、模拟量、称重、NTC、PT100、热电偶等功能ENET 网口支持 ENET 网口基础功能、ENET 网口 MODBUS TCP/UDP 服务器(从)、ENET 网口MODBUS TCP/UDP 客户端(主),IPv4,ARP,IGMP,PPPoE 协议,支持 8 个独立硬件Socket,各路通信互不影响,支持远程参数上下载、在线监控功能时钟万年历时钟功能与原装兼容(密码为 12345678 时,编程软件不能修改时钟数据)编码器编码器输入功能最多支持两路 AB 相输入,最高响应 100KHz(且 AB 相输入可以选择 2 倍频与 4 倍频
7、相同的编码器可获得 24 倍的精度)。看门狗看门狗功能与原装兼容中断功能外部中断功能与原装兼容;支持脉冲捕捉功能,支持 X0-X5 共 6 路,最高响应频率 10KHZ(有滤波)密码支持超级密码设置密码为 12345678 后,程序将不能读取,但是可以读取软元件数据,修改密码程序将清空掉电保持掉电保持数据功能所有掉电全是 FLASH 保持(10 年以上),上电时会对数据进行检验故障检测ERR 灯程序在 PLC 运行时,会对程序指令与元件范围等进行检验,检测有问题会报相应的故障;当运行时,检测有故障时,轻微故障:ERR 灯闪烁;严重故障:ERR 灯长亮运行灯RUN 灯当运行开关拔向 RUN 时,
8、RUN 运行灯闪烁加减速PLSV 指令支持 PLSV 指令通过 M8338 设置是否需要加减速恒定扫描恒定扫描模式D8039-恒定扫描时间,M8039-恒定扫描模式D 寄存器支持使用 D 寄存器位元件:Dn.b变址寄存器支持使用变址寄存器格式:常数:KnZn、HnZn、位:KnX(YMTC)Zn、字:D(TC)nZndianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术62|应遵循以下几点原则,即可复用、可维护、可移植等基本思想原则。每款芯片都有其自身的初始化文件,为保证框架汇编的有效性,可以将这些芯片的初始文件组织在一起,避免在对某款芯片开发过
9、程中,特意修改某一文件6。PLC结构化汇编框架设计需要对芯片相关程序框架文件、软件构件文件、主程序文件等进行汇编。为提升汇编效率,提升阅读清晰度,需要将这些文件分类,并将分类号的文件组织放在统一的文件夹下,实现目录结构的合理分类。不同的开发环境需要不同的配置,在设计PLC结构化汇编框架时,需要将所有工程配置文件,如链接文件等,组织在一起,避免在同一开发环境下,进行重复配置,并提升不同环境下查找配置文件的便利性7。在设计PLC结构化汇编框架时,应根据软件商的分层思想,将软件构件分为底层驱动构件、应用构件、高层软件构件8。同时,在设计过程中,可以将不同层次的构件存放在不同文件夹中,保证文件的功能明
10、确,结构清晰。另外,在制作构件过程中,应对构件的共性、特征进行分析,在提取构件属性的基础上,使构件移植到不同的环境中,最大程度避免源程文件的修改。在编译链接过程中,源程序将产生机器码文件,用户可以通过下载该文件的方式,在目标板中运行,经过重新编译后,文件极有可能发生改变,这些新文件需要单独存储9。表 2CAN 模块扩展站点分配名称型号站点地址段模拟量4AD4DA0-2站 0:D7100-D7107,站 1:D7110-D7117,站 2:D7120-D71278AD3站 3:D7130-D7137温度6PT4-5站 4:D7140-D7145,站 5:D7150-D71558NTC6站 6:D
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