嵌入式系统和PLC课件.ppt

1、嵌入式系统和嵌入式系统和PLC专业：机电工程及其自动化专业：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

2、的应用程序组 件就是完成了软件的“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、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，并且能用现在单片机及接口这块很熟悉，并且能用C和和汇编语言来编程的话，从嵌入式系统的硬件层汇编

3、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，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路图和自行完成CPLD的逻辑设计的，同时还的逻辑设计的，同时还要对操作系统内核及其调度性相当的熟悉的。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。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

4、理及接口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、技术、微机原理及接口技术、C语言。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，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，而导不会独占操作系统时间片，而导 至其它任务至其它任务不能动行，不懂操作系统内核架构和实时调度不能动行，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，按大多数书上性，没有良好的驱动

5、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，但可能连个初级的可能连个初级的 驱动工程师的水平都达不到，驱动工程师的水平都达不到，这样所写的驱动在应用调用时就如同这样所写的驱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，要不时，要不就是中断以前的程序，要不 就是等就是等上一会才能运行后来打开的程序。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，操作想做个好的驱动人员没有三、四年功底，操作系统内核不

6、研究上几编，不是太容易成功的，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但其工资在嵌入式系统四层中可 是最高的是最高的。 驱动层比较适合于电子、通信、自动化、机电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、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。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

7、是简单的移植，而很少有人来自已写操作系统，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、应用层 ：相对来讲较为容易的，如果会：相对来讲较为容易的，如果会在在windows下如何进行编程接口函数调用，到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操作系统下只是编译和开发环 境有相应的变境有相应的变化而

8、已。如果涉及化而已。如果涉及Java方面的编程也是如此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。但来处理的，不必归结到嵌入式系统范畴内。但如果涉及嵌如果涉及嵌 入式系统下面嵌入式数据库、基入式系统下面嵌入式数据库、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（比如基于的协议应用开发（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又较为复杂，）方面又较为复杂， 并且有难度。并且有难度。了）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

9、； 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

10、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

11、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

12、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（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

13、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。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

14、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

15、）、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