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用ARM架構(gòu)處理器優(yōu)化工業(yè)控制
運(yùn)營現(xiàn)代化的工廠和加工車間,，在技術(shù)上都非常復(fù)雜,。為實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的控制,，生產(chǎn)企業(yè)需要采用系列的傳感器,、致動(dòng)器以及伺服系統(tǒng),。作為添加技術(shù)以獲得控制功能優(yōu)勢的范例，各個(gè)聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化層現(xiàn)已通過連接至IT網(wǎng)絡(luò)的控制網(wǎng)絡(luò)添加到工廠生產(chǎn)車間,，它們可提供商業(yè)信息與策略,，這些信息和策略轉(zhuǎn)而推動(dòng)生產(chǎn)決策的制定,。
這種網(wǎng)絡(luò)化的集中工業(yè)控制模式使得技術(shù)人員與工業(yè)控制工程師能夠訪問豐富的數(shù)據(jù),，以便對工廠運(yùn)營過程進(jìn)行觀察,、微調(diào)和優(yōu)化。工廠廠長與企業(yè)高管只需瀏覽一下儀表盤便能全面了解整個(gè)工廠的工作效率,。
在過去,，處理過程都是采用手動(dòng)控制，工廠的每個(gè)環(huán)節(jié)也都是獨(dú)立運(yùn)作的,。通過訪問描述工廠實(shí)際運(yùn)營狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),，管理人員能夠更好地了解工廠的日常運(yùn)行情況，并根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載來調(diào)整商業(yè)策略,。
從孤立節(jié)點(diǎn)到全面聯(lián)網(wǎng)設(shè)施已經(jīng)歷了若干年的逐漸轉(zhuǎn)變,。這種轉(zhuǎn)變大多是特定性或無計(jì)劃的，當(dāng)前工業(yè)控制設(shè)計(jì)的各個(gè)方面仍將重點(diǎn)緊密地放在其自身總線,、網(wǎng)絡(luò)以及控制器的特殊分類上,，因此產(chǎn)生了分離的工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了從上到下統(tǒng)一的聯(lián)網(wǎng)工業(yè)控制模式,，但如果以從下往上的角度去看,，也就是從每個(gè)部分的中央處理單元來看，就顯得非常零散了,。迄今為止,，可運(yùn)行在控制底層所有層面上的單個(gè)IC處理器架構(gòu)根本是不存在的。
處理器技術(shù)的發(fā)展為設(shè)計(jì)人員在統(tǒng)一的工業(yè)控制模型下實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新帶來了良機(jī),。通過在控制的各個(gè)層面對性能,、功能及通信要求作仔細(xì)分析，利用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)處理器內(nèi)核架構(gòu),，設(shè)計(jì)人員不但能夠以競爭力的價(jià)格獲得*解決方案,，而且還可以通過軟件復(fù)用來降低軟件的開發(fā)成本，并大幅縮短設(shè)計(jì)周期,。
控制層次
典型的工業(yè)控制系統(tǒng)可被描述成一個(gè)4層的分層結(jié)構(gòu)：傳感器和致動(dòng)器,，用來監(jiān)控工業(yè)過程、報(bào)告狀態(tài)信息以及在需要時(shí)用來改變狀態(tài),；電動(dòng)機(jī)以及諸如電感加熱器之類的其它系統(tǒng),，用來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程或運(yùn)作狀態(tài)的改變；對傳感器節(jié)點(diǎn)傳送的信息進(jìn)行分析并向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令以實(shí)現(xiàn)所需改變的各種控制,，包括用來連接設(shè)備的可編程邏輯控制器(PLC)網(wǎng)絡(luò)與可編程自動(dòng)化控制器(PAC)網(wǎng)絡(luò),；人機(jī)界面(HMI)模塊和顯示屏，為工程技術(shù)人員提供算法處理過的可視工廠狀況,。
直到今天,，還沒有一種軟件兼容的處理器架構(gòu)能夠以高性價(jià)比來滿足工業(yè)控制所有4層的需求。設(shè)計(jì)人員可通過采用一個(gè)公共的處理器架構(gòu)來減少必須購買的軟件開發(fā)工具的數(shù)量,，提高可復(fù)用代碼總量,，并在熟悉的開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行專項(xiàng)開發(fā),。
ARM架構(gòu)是一種免費(fèi)授權(quán)的開放式架構(gòu)，因此沒有使用權(quán)限的問題,。作為一種開放式架構(gòu)的優(yōu)勢使ARM架構(gòu)成為了一個(gè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn),，為開發(fā)穩(wěn)健、多樣化的,、第三方軟硬件生態(tài)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ),。
作為嵌入式處理領(lǐng)域的者，ARM公司提供了能夠滿足工業(yè)控制各層性能要求的多種處理器內(nèi)核,。內(nèi)核的革命性發(fā)展促進(jìn)了軟件的兼容性與架構(gòu)的連續(xù)性,。從Cortex-M3內(nèi)核到Cortex-A8處理器的升級具有*的軟件兼容性，因而能更輕松地開發(fā)具有通信功能的控制系統(tǒng),，這些通信功能僅需一次開發(fā)和測試就可運(yùn)行在多種性能下,。需要注意的是，一些ARM內(nèi)核已集成了支持確定性行為與多任務(wù)處理等工業(yè)控制功能的硬件,。
雖然內(nèi)核提供了一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn),，但整合了ARM架構(gòu)內(nèi)核的微控制器(MCU)與微處理器(MPU)還必須提供集成外設(shè)和存儲器選項(xiàng)的適當(dāng)組合。隨著工業(yè)控制范疇中的應(yīng)用不斷增加,，這種要求轉(zhuǎn)變成為一種對大型產(chǎn)品系列的需求,，包括各種價(jià)格、性能以及功能的解決方案,。
zui后,，可簡化開發(fā)過程并使代碼復(fù)用zui大化的專業(yè)級軟件開發(fā)工具對幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)采用統(tǒng)一架構(gòu)模型的控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。
用來說明ARM內(nèi)核的靈活性與應(yīng)用范圍,，以及確定面向分立控制功能的MCU與MPU外設(shè)正確組合的*方法,，就是分析圖1所示的控制層次各層的要求。