嵌入式系统的详尽文档

简介：
《嵌入式系统的详尽文档》是一本全面解析嵌入式系统开发、设计及应用的技术书籍，内容涵盖硬件配置、软件编程和调试技巧等，适合工程师和技术爱好者深入学习。 ### 第1章 概 述 #### 1.1 研发背景 随着电子技术的发展, 微型计算机的应用迅速渗透到各个领域中。在工业控制领域，从编程器、单板机、微机系统发展至工业网络应用，软件需求日益复杂化和多样化。近年来网络技术的快速发展为工业自动化开辟了广阔的前景，用户可以便捷地构建高效优质的监控系统，并通过远程监控及双机热备等先进技术提高系统的安全性和可靠性。在这一背景下，工控组态软件应运而生并得到广泛应用，例如昆仑通态公司的MCGS、亚控公司开发的组态王和Intellution公司的!FIX。 这些应用软件旨在为用户提供一个二次开发平台，以减少工程搭建过程中的重复劳动，并隐藏复杂的编程细节。然而现有的工控组态软件大多仅限于人机界面的设计，随着工业自动化水平不断提升，对这类工具的要求也越来越高。设备驱动程序的可配置性成为当前的研究热点之一。 长期以来, 工业控制领域缺乏统一的技术标准，不同厂家的产品之间难以实现无缝对接和数据交换。因此各厂商需要针对市场上众多硬件设备分别开发相应的驱动模块，并且当这些设备更新或升级时必须对现有驱动进行相应调整，这无疑增加了软件维护的成本与复杂性。 目前尚未有一种工具能够很好地支持用户直观地配置各种不同类型的外部设备接口。鉴于此, 我们考虑提供一个易于使用、图形化的编程环境来实现数据采集和控制功能。通过这种方式，用户只需关注他们熟悉的通讯协议，并利用图形化界面进行操作即可完成所需任务而无需深入理解底层代码。 #### 1.2 研究目的与意义 本段落主要探讨面向对象软件开发技术和设计模式在工业实时控制系统中的应用案例。研究内容基于一套包含多种智能控制模块的嵌入式系统，具体来说就是一种软PLC（可编程逻辑控制器）解决方案，并结合当前工控组态软件的实际需求, 开发符合国际标准的功能块图(FBD) 编程语言。 FBD是一种图形化的高级程序设计语言，它能够简化用户的配置过程。使用这种语言可以构建出无需编写复杂代码的高效控制系统，从而实现对硬件设备驱动程序的高度可配置性。通过将这些功能模块集成到昆仑通态公司的MCGS嵌入式组态软件中, 可以进一步增强其脚本处理能力和策略制定能力。 此外,FBD还可以作为独立开发环境与工控机配合使用形成软PLC系统，适用于中小型过程控制应用和设备集成控制系统。这种解决方案能够满足从简单到复杂的各种工业自动化需求，并且在连续复杂的工艺流程以及特殊的应用场景中表现出色。相比传统的硬PLC, 这种方案更加灵活高效。 #### 1.3 研究方法与思路 目前实现软件系统与硬件设备间的数据交换主要有以下几种方式： - 编写特定的驱动程序：这种方式最为常见，通常使用VC、VB或Delphi等高级编程语言来开发。这种方法可以支持数据采集和底层驱动设计，但对开发者的技术水平要求较高，并且当硬件发生细微变化时需要重新编译整个系统。 - 建立统一的数据接口标准：如OPC基金会制定的规范为过程控制软件与硬件设备之间的通信提供了框架性指导, 但是它缺乏灵活性。 - 提供二次开发环境：包括提供动态链接库以及遵循IEC1131标准的方法。其中后者基于图形化编程方式，支持多种工业自动化应用需求，并且具有良好的扩展性和跨平台移植能力。 结合本课题的特点，借鉴IEC1131标准和其他PLC设计软件的经验, 提出了一种基于FBD的驱动程序开发模式。 #### 1.4 主要背景知识及技术 本段落主要涉及工控组态软件、可编程逻辑控制器(PLC)的发展趋势以及嵌入式系统的相关理论。这些内容之间紧密关联，为完成本课题提供了必要的技术支持和理论基础。 首先, 工控组态软件是本段落的核心研究对象之一，在工业自动化领域扮演着重要角色；其次，随着硬件设备的广泛应用和技术进步，软PLC逐渐成为一种新的发展趋势；最后，面向对象的设计方法与设计模式在软件开发中具有重要作用，并且IEC1131标准为编程语言提供了规范化的指导。 #### 1.5 主要研究内容及结构安排 本课题的研究重点在于基于一套包含多种智能控制模块的嵌入式实时控制系统, 运用面向对象的设计方法对FBD功能块进行详细设计和开发。具体内容包括： - 确定研究范围 - 设计并实现FBD编程环境框架 - 编写“加”运算数学函数的需求文档及其实现代码 本段落分为三个主要部分：首先介绍课题的研究