[发明专利]控制程序处理器的片上系统的控制程序执行方法

说明书

技术领域

本发明涉及面向控制技术的片上系统技术领域，特别涉及一种控制程序处理器的片上系统及其控制程序执行方法。

背景技术

从应用于家用设备的小型控制器到应用于大型工厂的大规模PLC、DCS，自动化领域已经发展出多样的自动化控制设备。这些控制设备虽然外形、规模、应用方向各异，但是在功能结构上具有一定的共通性。控制系统的输入输出、控制算法、通信协议、编程语言等都已经实现模块化、标准化。其中，控制系统编程语言已完全标准化，如以IEC61131-3标准为代表的逻辑控制程序和对以JB/T 3208数控机床G代码为代表的运动控制程序。

但是，现有的控制设备中的控制程序一般普遍存在以下问题：

首先，对可编程逻辑控制器PLC而言，所有可编程控制器均需要支持 IEC61131-3定义的一种或多种语言，包括IL、ST、LD、FBD和SFC。其中IL 语言即指令表语句，最接近PLC机器语言的语言(类似汇编语言)，其它四种为高级语言。普遍的，组态编程软件在编译以该五种语言编成的程序时，会将程序均转换成以IL语言为描述的中间代码。可以将这种中间代码下载到PLC 中按句进行解释并执行(解释型)，也可以将中间代码直接编译成PLC的本地代码下载运行(编译型)。对于现有技术中基于通用处理器MCU的技术实现，无论是解释型还是编译型，都是将IL指令语句转换为本地机器语句。本地汇编毕竟非面向PLC程序的指令集结构，不可避免会产生效率的损失。

其次，对于运动控制需求，有JB/T 3208数控机床G代码为代表的运动控制程序编程标准。普通PLC的设计并不能满足运动控制所需要的快速精密处理需求，而大多方案是利用MCU、MCU+FPGA或MCU+DSP展开的运动控制器的主要瓶颈在于需要CPU来完成实时性要求极高且算法相对复杂的插补计算。目前普遍的基于运动控制芯片或DSP处理器进行的运动控制器的设计与PLC 系统并没有高度集成。

综上可知，在以MCU为处理核心的控制器结构中，无论逻辑控制程序处理还是运动控制程序处理，都需要占用大量MCU的工作，而MCU通常还需要完成其它重要任务(如通讯、显示)，控制器的执行和响应速度也因此受MCU 其它工作的影响，难以保障其实时性和可靠性；并且，逻辑控制程序处理和运动控制程序处理并没有实现高度有效的集成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制程序处理器的片上系统，以解决现有的控制设备中所存在的效率较低、对CPU要求较高、集成度较低以及实时性和可靠性难以保障的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种控制程序处理器的片上系统，包括逻辑控制处理器、运动控制处理器、控制管理单元、存储器及信号交互模块，其中：

所述存储器用于存储用户编程组态及经过编译得到的控制程序和数据，所述控制程序中包括逻辑控制程序、运动控制程序及控制程序任务信息；

所述逻辑控制处理器用于从所述存储器中自动读取、处理和执行逻辑控制程序，以完成逻辑控制功能；

所述运动控制处理器用于从所述存储器中自动读取、处理和执行运动控制程序，以完成运动控制功能；

所述控制管理单元用于根据固化的控制管理程序从所述存储器中获取控制程序任务信息，以进行逻辑控制功能和运动控制功能的管理和调度；

信号交互模块，用于获取输入参数信号并提供给所述逻辑控制处理器、运动控制处理器，以及输出来自所述逻辑控制处理器、运动控制处理器的输出信号至待控制设备。

较佳地，还包括中断控制器及定时器，所述逻辑控制处理器、运动控制处理器、控制管理单元、存储器、信号输入模块、信号输出模块、中断控制器及定时器均与片内总线网络相连并通过所述片内总线网络相互通信。

较佳地，所述控制程序任务信息包括任务调度信息、执行过程监视信息、安全保障信息、片上系统资源管理信息或其他片上系统管理和调度信息。

较佳地，所述存储器包括易失性存储器和非易失性存储器，所述逻辑控制处理器和运动控制处理器为片上系统的IP核，所述控制管理单元为CPU硬件内核与嵌入式固化程序构成。

较佳地，所述逻辑控制处理器包括总线接口模块、程序栈、程序计数模块、取指模块、寻址模块、取数模块及指令执行模块；

所述总线接口模块用于挂接片内总线，提供数据通道；

所述程序栈用于保存间断执行的程序段和数据段；

所述程序计数模块用于对待执行的逻辑控制程序指令进行计数，并根据逻辑控制程序执行进度(顺序或跳转)更改计数值；