嵌入式組態(tài)軟件系統(tǒng)的研究

嵌入式系統(tǒng)是指用于執(zhí)行獨立功能的專用計算機系統(tǒng)。它由微電子芯片（包括微處理器、定時器、序列發(fā)生器、控制器、存儲器、傳感器等一系列微電子芯片與器件）和嵌入在ROM、RAM和／FLASH存儲器中的微型操作系統(tǒng)、控制與應(yīng)用軟件開發(fā)來實現(xiàn)各種自動化處理任務(wù)的電子設(shè)備或裝置。
 
    嵌入式系統(tǒng)的主要作用是實時控制、監(jiān)視、管理移動計算機、數(shù)據(jù)處理等，或者輔助其它設(shè)備運轉(zhuǎn)，完成各種自動化處理的任務(wù)。
 
    嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)計算機技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，強調(diào)硬件軟件的協(xié)同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以滿足系統(tǒng)對功能、成本、體積和功耗等要求。
 
    最簡單的嵌入式系統(tǒng)僅有執(zhí)行單一功能的控制能力。在唯一的ROM中僅有實現(xiàn)單一功能的控制程序，無微型操作系統(tǒng)。復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，例如個人數(shù)字助理（PDA）、手持電腦（HPC）等，具有與PC機幾乎一樣的功能，實質(zhì)上與PC的區(qū)別僅僅是將微型操作系統(tǒng)與應(yīng)用軟件嵌入在ROM、RAM與FALSH存儲器中，而不是存儲于磁盤等載體中。很多復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)又是由若干個小型嵌入式系統(tǒng)集成的。
 
    隨著后PC時代的到來，在工業(yè)及其他相關(guān)領(lǐng)域的客戶更注重使用符合其特定需求并帶有智能的嵌入式工業(yè)控制組態(tài)軟件。此種組態(tài)軟件可大大縮短嵌入式產(chǎn)品投放市場的時間，而且使產(chǎn)品具有豐富的人機界面，嵌入式WEB及符合IEC61131-3的控制邏輯功能，并且可以存儲相當(dāng)數(shù)量的歷史數(shù)據(jù)，部分完成現(xiàn)場工作站級計算機的功能。
 
    這里給出不同行業(yè)的一些應(yīng)用舉例：
    1、制造及過程控制：人機操作面板、控制機床、電機驅(qū)動、測試設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測、輸配電設(shè)備、煉油廠設(shè)備、遠(yuǎn)程無人采集監(jiān)控站。
    2、醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備：X光機、CT、醫(yī)政管理系統(tǒng)、病房監(jiān)測系統(tǒng)。
    3、樓宇自控及商業(yè)零售網(wǎng)點、商業(yè)POS、保安監(jiān)控設(shè)備。
    4、辦公設(shè)備及信息家電、機頂盒、手機嵌入系統(tǒng)、程控電話。
    5、網(wǎng)絡(luò)化可組態(tài)設(shè)備
 
    歸納起來，我們可以給出嵌入式組態(tài)軟件在工業(yè)過程中的應(yīng)用模式。其中應(yīng)用軟件的HMI組件，基于Windows NT ，可以通過該平臺上的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)獲得現(xiàn)場控制器的操作及監(jiān)視數(shù)據(jù)，當(dāng)然還有一些其他的HMI擴展組件以完成特定功能（如趨勢、報表及歷史記錄等）。而位于嵌入式系統(tǒng)的Internet組件可將所設(shè)計的HMI界面通過其內(nèi)嵌的Web服務(wù)程序發(fā)布至Internet以供操作人員通過瀏覽器進(jìn)行監(jiān)控，而邏輯和流程控制組件基于現(xiàn)場級的帶有實時操作系統(tǒng)的控制器，利用IEC61131-3完成嵌入式控制功能。[!--empirenews.page--]
 
    一般來講嵌入式工業(yè)自動化組態(tài)軟件是一種用于嵌入式系統(tǒng)并帶有網(wǎng)絡(luò)功能（包括Internet服務(wù)功能）的嵌入式應(yīng)用軟件，嵌入式系統(tǒng)是指可嵌入至某一設(shè)備、產(chǎn)品并可連接至網(wǎng)絡(luò)的帶有智能（即微處理器或微控制器）的設(shè)備。嵌入式組態(tài)軟件分開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)。嵌入式組態(tài)軟件的開發(fā)環(huán)境一般運行于具有良好人機界面的Windows 操作系統(tǒng)上，而運行環(huán)境可基于多種嵌入式操作系統(tǒng)如Windows CE， DeltaOS，NT Embedded及LINUX和Dos之上，甚至直接支持特定CPU，嵌入式自動化組態(tài)軟件的運行系統(tǒng)大多為組件式可伸縮配置結(jié)構(gòu)，一般包括：人機界面HMI組件（包括歷史數(shù)據(jù)瀏覽、報表及趨勢圖等可選模塊）、歷史數(shù)據(jù)記錄組件、網(wǎng)絡(luò)通訊組件、Internet組件、Control 邏輯和流程控制組件及實時內(nèi)核。
 
    北京昆侖通態(tài)公司即將推出的嵌入式組態(tài)軟件包（Mcgs For Embedded）包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩大部分。組態(tài)環(huán)境運行于具備良好人機界面的Windows操作系統(tǒng)上，具備與北京昆侖通態(tài)公司已經(jīng)推出的通用版本組態(tài)軟件和WWW版本組態(tài)軟件相同的組態(tài)環(huán)境界面，有效幫助用戶建造從嵌入式設(shè)備，現(xiàn)場監(jiān)控工作站到企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控信息網(wǎng)在內(nèi)的完整解決方案；并有助于用戶開發(fā)的項目在這三個層次上的平滑遷移。
 
    這個嵌入式組態(tài)軟件包的組態(tài)環(huán)境包括：
    1. 工程管理器（包括項目、實時數(shù)據(jù)庫、設(shè)備等的管理）。
    2. 畫面組態(tài)，包括趨勢圖，報警和報表。
    3. 實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫的組態(tài)。
    4. 編譯下載系統(tǒng)，組態(tài)安全系統(tǒng)。
    5. 作為嵌入式組態(tài)核心的控制系統(tǒng)組態(tài)包括以下部分：

軟邏輯組態(tài)，實現(xiàn)邏輯控制功能的軟PLC系統(tǒng)。
連續(xù)過程組態(tài)及配置，實現(xiàn)流程控制的流程圖系統(tǒng)。
調(diào)試工具，允許在線監(jiān)視各個內(nèi)部變量的值，監(jiān)控流程執(zhí)行順序，允許重新設(shè)置和啟動流程運行。
仿真運行工具，在開發(fā)環(huán)境中，仿真運行控制流程，離線測試控制效果。
    這個嵌入式組態(tài)軟件包的運行環(huán)境包含了一個嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以運行于低端硬件平臺，典型的應(yīng)用平臺如下：

24MHz Intel386EX 高性能32 位微處理器。
2M 字節(jié)系統(tǒng)RAM 包括支持DOS 的640KB 基本存儲器及相應(yīng)的高端存儲器。
512K 字節(jié)Flash 存儲器。
10BASE-T 以太網(wǎng)控制接口NE2000 兼容。
一個標(biāo)準(zhǔn)RS232C 串口。
可以連接字符或點陣LCD 接口也可支持?jǐn)?shù)字LED 接口。
可連接擴展小鍵盤。
可以連接液晶屏或顯示器。
可直接支持M-System 公司的DiskOnChip 2000 系列芯片。
供電電壓5V，工作電流330mA
對于更高的性能需求，可以使用更高的CPU，更大的內(nèi)存，并擴充串口或總線采集設(shè)備等等。[!--empirenews.page--]
    運行于運行環(huán)境中的，是由組態(tài)環(huán)境組態(tài)出來的控制流程和業(yè)務(wù)邏輯。整個運行系統(tǒng)由任務(wù)（task）來組織。每個任務(wù)包括一個控制流程，由控制流程執(zhí)行器執(zhí)行。任務(wù)可以由事件或中斷，定時時間間隔，系統(tǒng)出錯或報警，以及上位機指令來調(diào)用。運行環(huán)境的特殊狀態(tài)（例如：啟動，關(guān)閉）都有相應(yīng)的事件對應(yīng)。每個任務(wù)有優(yōu)先級設(shè)置，高優(yōu)先的任務(wù)能夠中斷低級優(yōu)先任務(wù)。同優(yōu)先級的程序若時間間隔設(shè)置不同，可競爭強占CPU資源。在控制流程中，可以進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運算，流程判斷和執(zhí)行，設(shè)備掃描和處理，控制算法的循環(huán)計算、以及網(wǎng)絡(luò)通訊等操作。
 
    除了控制流程，運行環(huán)境中還包括以下一些系統(tǒng)服務(wù)。

通訊服務(wù)，實現(xiàn)MCGS系統(tǒng)之間以及與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。
存盤服務(wù)，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲處理操作。
日志服務(wù)，實現(xiàn)系統(tǒng)運行日志記錄功能。
調(diào)試服務(wù)，輔助實現(xiàn)開發(fā)過程中的調(diào)試功能。
    由于嵌入式組態(tài)軟件交叉平臺開發(fā)的特性，以及其特殊的實時性能和穩(wěn)定性能要求，在整個開發(fā)過程中，調(diào)試工具起了一個非常重要的作用，可以說，調(diào)試工具的簡便易用，功能強大是嵌入式組態(tài)軟件被用戶接受的核心因素之一。MCGS嵌入式組態(tài)軟件提供了如下的調(diào)試功能。
 
    1）帶有斷點設(shè)置功能?？梢赃x擇任意任務(wù)中，在控制流程執(zhí)行的任意位置停止。
    2）監(jiān)控運行系統(tǒng)運行狀態(tài)。通過串口或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊，采集運行系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫各個數(shù)據(jù)對象的數(shù)值，并在上位機的調(diào)試環(huán)境中顯示出來。
    3）在線修改。在線情況下，修改部分組態(tài)結(jié)果或參數(shù)，運行環(huán)境可以接受組態(tài)環(huán)境的命令，在任意時刻停止運行，重新下載組態(tài)結(jié)果或更新部分組態(tài)結(jié)果，重新開始運行。
    4）運行系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對象數(shù)值的觀測和強制改變，以方便系統(tǒng)的調(diào)試。
    5）仿真運行。允許在離線狀態(tài)下（不連接嵌入式系統(tǒng)），測試控制邏輯。仿真狀態(tài)下，允許如下操作：可設(shè)置斷點；直觀顯示各個流程執(zhí)行狀態(tài)，各個變量當(dāng)前數(shù)值；仿真I/O結(jié)果；輸入通過直接點擊對應(yīng)的輸入點的狀態(tài)燈來實現(xiàn)，數(shù)字量輸入允許直接改變模擬量，彈出電位器或數(shù)字輸入界面，模擬量和計數(shù)計時的值允許由數(shù)字直接輸出。
 
    同時，由于嵌入式組態(tài)軟件按功能剪裁的特性，以及其內(nèi)嵌的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以在保證整個嵌入系統(tǒng)小體積，低成本，高實時性，高可靠性的同時，方便不具備嵌入式軟件開發(fā)經(jīng)驗的用戶在極短的時間內(nèi)，使用嵌入式組態(tài)軟件快速開發(fā)完成一個嵌入式系統(tǒng)，并極大縮短嵌入式產(chǎn)品進(jìn)入市場的速度。