[发明专利]一种基于SOPC技术的PLC协同控制装置

摘要

本发明涉及基于SOPC技术的PLC协同控制装置，该装置包括硬件系统和软件系统两部分；硬件系统包括上位机和下位机，下位机由Nios II软核处理器模块、存储器模块和外围模块组成，其中Nios II软核处理器模块由CPU模块、TIMER0模块、TIMER1模块、UART模块和JTAG模块组成，软件系统包括嵌入式uC/OS-II实时操作系统、上位机软件、下位机软件和虚拟软核PLC；本发明具有很强的可修改性和可移植性；由于添加了uC/OS-II实时操作系统保证了系统运行的实时性，并且能够根据特定的需要编写自定义IP核，自由添加所需要的特定功能，同时方便的增加或减少I/O端口的数量，使系统更具可拓展和维护性。

主权项

一种基于SOPC技术的PLC协同控制装置，该装置包括硬件系统（1）和软件系统（2）两部分；其特征在于：所述的硬件系统（1）包括上位机（3）和下位机（4），所述的上位机（3）运行在PC机上，完成编写PLC程序以及编译成目标代码以及代码传输工作；所述的下位机（4）使用Altera FPGA(EP2c35F672c6)Nios II嵌入式软处理器为硬件平台，与上位机（3）之间通过RS232协议进行通信；所述的下位机（4）由Nios II软核处理器模块（5）、存储器模块（6）和外围模块（7）组成，其中Nios II软核处理器模块（5）由CPU模块（8）、TIMER0模块（9）、TIMER1模块（10）、UART模块（11）和JTAG模块（12）组成，对FPGA配置时，通过SOPC Builder系统综合软件设定Nios II软核参数，并设置TIMER0模块（9）、TIMER1模块（10）、UART模块（11）和JTAG模块（12）相关参数，自动分配各模块基地址和指定Nios II处理器的复位地址与异常中断地址，生成相应的Nios II系统，UART模块（11）通过使用RS232协议可实现上位机（3）与FPGA的传输以及PLC梯图文件的串口通信，JTAG模块（12）通过转换电路将RS232协议转换成RS485协议，再通过CP341卡实现与PLC通讯；所述的软件系统（2）包括嵌入式uC/OS‑II实时操作系统（13）、上位机软件（14）、下位机软件（15）和虚拟软核PLC（16）；所述的嵌入式uC/OS‑II实时操作系统（13）在硬件系统创建完成之后，开展一个基于NiosII处理器的MicroC/OS‑II软件设计过程，并使用IDE对所有的RTOS模块进行配置；所述的上位机软件（14）在PC机上执行，主要负责编译PLC梯形图并传输梯形图文件；所述的下位机软件（15）通过设计Nios II IDE完成，下载硬件设计中Quartus II最终生成配置文件到FPGA中，而后可以在Nios II IDE下建立工程，编辑调试下位机程序，在新建的工程中，Nios II IDE会根据SOPC Builder对应系统配置自动生成一个定制的硬件抽象层(hardware abstraction layer，HAL)系统库，为程序和底层硬件的通信提供接口驱动程序，同时还提供一个可移植的uC/OS‑II的实时操作系统环境；所述的虚拟软核PLC（16）完成PLC程序代码解释、执行机制的核心部分，负责接受上位机发送的类PLC逻辑程序命令，控制任务解释器的执行，由于虚拟软核PLC运行在uC/OS‑II占先式内核实时系统中，任务解释器在PLC虚拟机中循环取得代码指令并执行相应的操作，实现PLC程序对外部设备的控制功能。