基于ARM和I2C总线的嵌入式PLC设计.pdf

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1、《电气自动化)2ol0年第32卷第4期—嵌入式系统EmbeddedSystems...........——基于ARM和12C总线的嵌入式PLC设计西安交通大学(西安710049)田军甘永梅熊伟摘要:PLC是一种应用非常广泛的工业自动化控制装置,该文针对传统PLC在现代控制领域不能满足智能化、多任务的要求,提出了一种基于ARM和I2C总线以及带有Linux操作系统的嵌入式PLC控制装置,具体给出了硬件的设计以及操作系统的实现过程。关键词:ARMPLCI2C总线嵌入式Linux移植【中图分类号]TP368【文献标识码]B【文章编号】1000

2、—3886(2010)04.0038—04TheDevelopmentofEmbeddedPLCBasedonARMand12CBus(Xi0nJiaotongUniversity,XianShanxi710049,China)TianJunGanYongmeiXiongWeiAbstract:PLCisakindofdevicewhichhasbeenwidelyappliedinindustrialautomationcontrolsystem,thispaperaimsatthedemandsofintel—ligentandmu

3、lti—missionwhichtraditionalPLCcan’tmeet,anddesignsakindofembeddedPLCcontrolsystemwithLinuxoperatingsystembasedonARMandtheI2Cbus,howtodesignhardwarecircuitandoperatingsystemareillustratedindetail.Keywords:ARMPLCI2Cbusembeddedlinuxpo~ing0引言嵌入式系统,来可编程控制技术是基于微处理器的控制技术,基于微处理器

4、执行用户所编写CPU模块的可编程控制器(PLC)自问世以来,已取得迅速的发展,成为工业的应用程序,采IIIllI器lI自动化领域应用最为广泛的控制设备。随着工业技术的发展以及集输入模块的信规模的不断扩大,传统的PLC面临着I/O点数增多、通讯功能需号,经过处理来I《iIil蓄要增强等诸多方面的挑战。随着嵌入式PLC的发展,具有嵌入式控制其他I/0底板连接模块操作系统的PLC将会给PLC领域带来新的变革,成为自动化领域模块的输出,达发展的方向。到用户所预期的图1PLC系统的整体结构效果。以ARM为代表的32位高性能微处理器促使了嵌入式系统

5、的高速发展,使系统开发更加方便、灵活。同时,I2C总线的发展使得1.2CPU模块设计总线速度已达3.4Mbps,扩展了通讯距离,具有出色的热插拔功微处理器是嵌入式系统硬件结构的核心部分,从系统应用的能,并拥有一整套完善的产品,包括大量的集线器、中继器、多路复工业领域、成本因素以及开发周期等多方面考虑,本设计中采用用器和开关等器件,将I2C技术从芯片间二线通讯的简单应用发ATMEL公司的AT91RM9200微处理器作为主控芯片,这是一款基展到功能强大而且全面的控制网络。嵌入式Linux具有内核可裁于ARM920T核的高性能、低功耗16/3

6、2位RISC(精简指令集计算剪、效率高、稳定性好、可靠性高、移植性好、源代码开放等优点,还机)微处理器,内部集成丰富的外设资源,适用于要求外设资源丰内含了完整的TCP/IP网络协议栈,很适合在嵌入式领域应用。富、功耗低、工作严格稳定的工业控制等方面,如嵌入式工业控制、以上各种技术的发展,构成了本研究实现的技术基础,促使了医疗设备、网络通信等。片内集成的外围功能模块,主要包括7个基于ARM与I2C总线并结合Linux操作系统的嵌入式PLC控制外部中断源和1个快速中断源,4个32位的I/0控制器,20通道装置的开发。外围数据控制器(PDC或

7、DMA),1个10/100M以太网控制器,2个USB2.0主机接口,1个USB2.0设备接口,4个USART(通用1PLC系统的硬件设计同步/异步串行1:1),1个主/从SPI(串行设备接I:I),1个两线串行1.1系统的整体结构接口TwI(主模式),JTAG/ICE接口等。本PLC控制系统采用模块化结构,如图1所示。分为电源模如图2所示,在CPU模块中,复位芯片电路保证系统运行的块、CPU模块、数字量I/0输入模块、数字量I/0输出模块和模拟稳定;扩展的16MB容量的SDRAM用来执行内部的嵌入式操作系量I/0模块,通过底板连接模块将

8、各个模块连接起来。其中底板统,可以提高整个系统的运行速度;扩展的8MB容量的Flash芯片在电气上实现各模块间的联系,使CPU能访问底板上的所有模主要作为嵌入式操作系统及应用程序的存储;RS232通信接口1

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