基于VxWorks的MB系列智能可編程控制器設計
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2.3 操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境
為保證軟件的可靠性和發(fā)揮裝置的實時性能，項目采用了國際上最廣泛使用的32位實時操作系統(tǒng)VxWorks。VxWorks是專門為嵌入式微處理器而設計的模塊化、高性能、實時的操作系統(tǒng)。VxWorks是目前世界上用戶數(shù)量最大的實時操作系統(tǒng)，具有豐富的應用軟件支持、良好的技術服務、可伸縮性、可裁減性和可靠的系統(tǒng)穩(wěn)定性。VxWorks的開放式結構和對工業(yè)標準的支持使開發(fā)者只需做最少的工作即可設計有效的適合于不同用戶要求的實時操作系統(tǒng)。
VxWorks的開發(fā)環(huán)境是WindRiver(風河)公司提供的Tornado。Tornado采用主機-目標機開發(fā)方式，主機系統(tǒng)采用運行Windows2000/NT的工作站或PC，VxWorks則運行在x86等目標處理器上。Tornado提供了友好的可視化開發(fā)界面、交叉編譯環(huán)境、源碼級調試工具、目標機命令解釋器和目標機狀態(tài)監(jiān)視器等多種應用工具，為應用軟件開發(fā)提供了一個高效而可靠的平臺。
3 關鍵技術
MB系列智能可編程控制器的軟件設計，關鍵是軟件實時性的保證，其中包括任務的劃分、任務間通信機制的選擇、中斷處理程序、網絡通信程序和串行口通信程序的編寫等關鍵技術。
3.1 任務劃分
嵌入式實時系統(tǒng)中，任務的合理劃分對系統(tǒng)的實時性至關重要。進行任務劃分時，首先要分析數(shù)據(jù)流程圖中數(shù)據(jù)的轉換，確定哪些數(shù)據(jù)轉換可以并行執(zhí)行，哪些必須順序執(zhí)行。決定應用系統(tǒng)任務劃分的最主要的因素是系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能之間的異步關系，具體可以從I/O功能和系統(tǒng)內部功能兩個方面來考慮。
VxWorks的實時內核Wind默認采用了基于任務優(yōu)先級的搶占式調度算法，同時，也支持輪轉調度算法。Wind內核有256個優(yōu)先級，編號0～255，優(yōu)先級0最高，255最低。任務的創(chuàng)建使用taskSpawn()函數(shù)來實現(xiàn)。
MBPLC根據(jù)功能和優(yōu)先級劃分為以下若干任務:
(1) 主任務:主任務負責硬件初始化、數(shù)據(jù)庫初始化、梯形初始化、流程初始化、網絡初始化等工作，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫的定義創(chuàng)建相應的任務;
(2) CAN1任務:CAN1任務主要完成CAN1網驅動、與I/O模件交換信文等功能，它既可以向I/O模件下發(fā)加載、設值、設時、查詢等信文，又能接收I/O模件上送的測值、事件等信文，并對數(shù)據(jù)庫進行相應的處理;
(3) 以太網任務:以太網任務主要完成以太網驅動、信文收發(fā)等功能，實現(xiàn)PLC與上位機的數(shù)據(jù)和控制命令的傳遞，支持標準MODBUS/TCP協(xié)議;
(4) CAN2任務:CAN2任務主要完成CAN2網驅動、與外部設備(如通訊裝置、保護裝置、勵磁裝置、調速器等等)的信息和控制命令的傳遞功能。只要外部設備支持CAN接口，就很容易接入PLC中;
(5) 流程任務:流程任務提供了獨特的順序控制流程執(zhí)行方法，將MBPro編程軟件產生的匯編代碼進行執(zhí)行，通過訪問數(shù)據(jù)庫得到數(shù)據(jù)，描述一定的判斷和閉鎖條件，產生相應的動作，并將運算結果寫至數(shù)據(jù)庫中，同時還可將實時執(zhí)行的各種信息反饋到調試機，以便監(jiān)視流程的執(zhí)行情況。流程圖是順序執(zhí)行的，適于順控操作，如機組正常開停機控制、緊急停機控制等;
(6) 梯形任務:梯形任務提供了梯形圖執(zhí)行方法，將MBPro編程軟件產生的匯編代碼進行執(zhí)行，通過訪問數(shù)據(jù)庫得到數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一定的判斷和閉鎖條件，產生相應的動作，并將運算結果寫至數(shù)據(jù)庫中，同時還可將實時執(zhí)行的各種信息反饋到調試機，以便監(jiān)視梯形的執(zhí)行情況。梯形圖是循環(huán)掃描的，適于邏輯控制及狀態(tài)控制，可用于主程序、通訊、數(shù)據(jù)處理、控制啟動，如機組狀態(tài)判斷等;
(7) 調節(jié)任務:調節(jié)任務負責對機組有功、無功進行PID閉環(huán)調節(jié)，可進行負荷增減、調節(jié)投退、調節(jié)條件限制、調節(jié)增減限制、調節(jié)超時判斷、調節(jié)速度限制等;
(8) 時鐘任務:時鐘任務管理PLC時鐘，處理分同步信號，并定時進行一些硬件操作，如點運行燈;
(9) 自檢任務:自檢任務自動診斷各類任務、設備的運行情況并進行報警。當PLC因某種干擾或硬件故障等原因發(fā)生運行紊亂或死機時，Watchdog能產生自恢復信號，使PLC自動重新恢復運行;
(10) 調試任務:調試任務通過以太網與調試機通訊，負責與編程軟件MBPro交換信息，包括上送實時數(shù)據(jù)、SOE事件、流程報警信息等，并可修改數(shù)據(jù)庫、梯形圖及流程圖，進行對時、復位、主從切換等操作;
(11) 雙機任務:雙機任務實現(xiàn)主從機的自動、手動切換，并能通過內部高速網備份對側重要數(shù)據(jù)。當主機的某些重要設備或任務出現(xiàn)故障時，從機能自動升為主機;
(12) 顯示任務:顯示任務通過串口與智能型液晶顯示觸摸屏通訊，完成當?shù)財?shù)據(jù)顯示和操作功能，包括顯示測點信息、事故一覽表、光字、模件狀態(tài)等，并能發(fā)出控制命令、設置定值、整定參數(shù)等;
(13) 串口任務:串口任務完成與外部設備通訊功能，實現(xiàn)與外部設備的數(shù)據(jù)和命令的交換，如GPS、溫度巡檢裝置、交流采集裝置等等。支持Modbus標準規(guī)約，必要時可根據(jù)需要編程實現(xiàn)特殊規(guī)約。
3.2 任務間通信
任務間通信機制是多任務間相互同步和通信，以協(xié)調各自活動的主要手段。VxWorks提供的任務間通信手段按其速度由快到慢依次是信號量、消息隊列、管道和套接字。常用的通信機制是信號量和消息隊列，套接字(Socket)用于網絡編程。
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