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[導(dǎo)讀]書接上回,我們上次以Codesys為例,介紹了其PC端的安裝和Target配置,今天我們繼續(xù)聊聊PLC的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。突然想到之前有個(gè)重要的問題沒有跟大家介紹,從實(shí)現(xiàn)方式上講,PLC分編譯型和解釋型,Codesys是編譯型的,而某寶上200多元的“三菱仿”是解釋型的,其實(shí)這...

書接上回,我們上次以Codesys為例,介紹了其PC端的安裝和Target配置,今天我們繼續(xù)聊聊PLC的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。

突然想到之前有個(gè)重要的問題沒有跟大家介紹,從實(shí)現(xiàn)方式上講,PLC分編譯型和解釋型,Codesys是編譯型的,而某寶上200多元的“三菱仿”是解釋型的,其實(shí)這“三菱仿”某寶上20元就能買到全套原理圖及PCB和源碼。


這兩條技術(shù)路線還是有比較大的區(qū)別,其中最大的區(qū)別就是IDE生成的文件是否可以在PLC設(shè)備端直接執(zhí)行,編譯型的可以直接運(yùn)行,而解釋型生成的是中間文件,其主要包含命令碼和操作碼,PLC在獲取中間文件后會(huì)根據(jù)預(yù)先定義好的命令碼來執(zhí)行相應(yīng)的操作。以后有時(shí)間我們分析下那20元的代碼。今天我們先以編譯型為例,來剖析其內(nèi)部的工作原理。

區(qū)別編譯型解釋型
執(zhí)行效率
開發(fā)難度
跨平臺(tái)運(yùn)行
反編譯源文件一般
無擾下裝
防克隆

1. 編譯型PLC

編譯型PLC本質(zhì)上就是PC端IDE(如之前介紹的Codesys)生成的固件或者二進(jìn)制文件可以直接在PLC設(shè)備端運(yùn)行,這就要求PC端IDE要集成相關(guān)的編譯器。為了更容易說明這個(gè)問題,我們以開源PLC軟件Beremiz為例講解:


Beremiz的上位機(jī)的核心由3部分組成:PLCOpen Editor,MatIEC,GCC

組件功能
PLCOpen Editor為用戶提供編程界面和配置信息
MatIEC將用戶基于IEC61131-3程序轉(zhuǎn)為C語言文件
GCC將MatIEC轉(zhuǎn)換的C文件編譯鏈接為可執(zhí)行的二進(jìn)制代碼或elf文件
Codesys對(duì)比Beremiz其實(shí)沒有本質(zhì)區(qū)別,可以理解為Codesys PC端 = PLCOpen Editor MatIEC GCC,核心過程是一致的,都是先將用戶程序、配置信息編譯到Image中,只是這個(gè)過程都在Codesys PC端內(nèi)部處理了,并沒有打開讓用戶看。不過,我們還是可以從一些文件中看到一些端倪。在Project目錄中可以看到一個(gè)bin文件(不同的target目標(biāo)文件不同)


用二進(jìn)制工具打開后,可以看到如下內(nèi)容,第一個(gè)字是保留字,第二個(gè)字是Image的地址,第三個(gè)字是初始化函數(shù)指針


不同的平臺(tái)可以選擇不同的編譯器,在目標(biāo)設(shè)置中可以看到它支持的處理器平臺(tái):




眼尖的小伙伴會(huì)看到Intel StrongARM,這是個(gè)什么鬼,Intel還有ARM產(chǎn)品么?還真有,Intel XScale系列產(chǎn)品是以ARMv4/ARMv5TE內(nèi)核為基礎(chǔ)的增強(qiáng)型ARM,不過后來停產(chǎn)了,由于ARM9用的ARMv4T內(nèi)核與其指令兼容,所以理論上Codesys V2.x也是支持ARM9的。


2. Runtime System

Codesys/Beremiz編譯好固件后是怎么運(yùn)行在PLC設(shè)備端的呢?這就要請(qǐng)出今天的主角Runtime System(RTS)。由于沒有公開的資料,所以只能以Beremiz為例向大家介紹其中的奧秘。下圖就是RTS核心的一些功能:


PLC RTS功能
IO主要指CPU本體所帶的IO通道,常見的有DI, DO, AI, AO, PWM, PTO, HCI等等
Dbg Server主要用于和PC端通訊,獲取下載用戶程序,登錄/注銷調(diào)試模式,調(diào)試模式下讀/寫變量,示波器等功能
Library庫(kù)分兩種,內(nèi)部庫(kù)是用戶通過IEC61131編寫的供其他用戶使用,外部庫(kù)是寫在RTS中并提供頭文件給PC端
User Code InterfaceRTS的主要功能,配合PC端來運(yùn)行用戶的程序
Backplane Bus背板總線主要用于控制擴(kuò)展的IO,常見的協(xié)議有Modbus、Profibus等等
RTS有一個(gè)非常簡(jiǎn)單的主循環(huán),首先初始化MCU外設(shè),然后加載用戶代碼并初始化變量,最后進(jìn)入While(1)循環(huán):IO輸入->用戶代碼執(zhí)行->IO輸出->處理服務(wù)


2.1 User Code Interface

既然是用戶接口,我們先來看看相關(guān)代碼,Beremiz會(huì)將用戶代碼插入到對(duì)應(yīng)的main.c中,然后進(jìn)行編譯:


接口是通過下面結(jié)構(gòu)體與RTS進(jìn)行交互的:

typedef struct
{

uint32_t * sstart;
app_fp_t entry;
//App startup interface
uint32_t * data_loadaddr;
uint32_t * data_start;
uint32_t * data_end;
uint32_t * bss_end;
app_fp_t * pa_start;
app_fp_t * pa_end;
app_fp_t * ia_start;
app_fp_t * ia_end;
app_fp_t * fia_start;
app_fp_t * fia_end;
//RTE Version control
//Semantic versioning is used
uint32_t rte_ver_major;
uint32_t rte_ver_minor;
uint32_t rte_ver_patch;
//Hardware ID
uint32_t hw_id;
//IO manager data
plc_loc_tbl_t * l_tab; //Location table
uint32_t * w_tab; //Weigth table
uint16_t l_sz; //Location table size
//Control instance of PLC_ID
const char * check_id; //Must be placed to the end of .text
//App interface
const char * id; //Must be placed near the start of .text

int (*start)(int ,char **);
int (*stop)(void);
void (*run)(void);

void (*dbg_resume)(void);
void (*dbg_suspend)(int);

int (*dbg_data_get)(unsigned long *, unsigned long *, void **);
void (*dbg_data_free)(void);

void (*dbg_vars_reset)(void);
void (*dbg_var_register)(int, void *);

uint32_t (*log_cnt_get)(uint8_t);
uint32_t (*log_msg_get)(uint8_t, uint32_t, char*, uint32_t, uint32_t*, uint32_t*, uint32_t*);
void (*log_cnt_reset)(void);
int (*log_msg_post)(uint8_t, char*, uint32_t);
}
plc_app_abi_t;
初始化加載用戶代碼,PLC_APP_BASE就是用戶Image在MCU中對(duì)應(yīng)的Flash地址

uint8_t plc_load_app()
{
uint8_t ret = 0;

if(plc_app_is_valid())
{
plc_curr_app = ((plc_app_abi_t *)PLC_APP_BASE);
plc_app_cstratup();
ret = 1;
}
else
{
plc_curr_app = (plc_app_abi_t *)
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