實時域在設計上遵循實時操作系統(tǒng)的設計原則,即系統(tǒng)具有透明性、模塊化和可擴展性。RT-Linux的實時內核由一個核心部分和多個可選部分組成,核心部分只負責高速中斷處理,支持SMP操作且不會被底層同步或中斷例程延遲或重入。其它功能則由可動態(tài)加載的模塊擴充。RT-Linux把不影響系統(tǒng)實時性的操作(即非實時域的操作)都留給了非實時的Linux系統(tǒng)完成?；诙嗳蝿窄h(huán)境的Linux為軟件開發(fā)提供了豐富的系統(tǒng)資源,如多種進程間通訊機制,靈活的內存管理機制。
嵌入式PLC的設計及實現(xiàn)
嵌入式PLC的模塊組成
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數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制模塊實時性要求較高,因而必須在系統(tǒng)的實時域內運行。根據(jù)通用數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制以及數(shù)控系統(tǒng)軟件模塊化設計的要求,將數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制模塊作為RT-Linux系統(tǒng)的實時任務之一,其優(yōu)先級和調用周期取決于數(shù)控系統(tǒng)各任務的實時性要求以及控制要求的響應時間。PLC控制模塊主要完成數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制,而被控制的輸入輸出也就是I/O的輸入輸出由PC機I/O接口卡輸入輸出模塊來完成,即完成數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制需要兩個RT-Linux實時任務,如圖3所示,這兩個任務分別為RT-Task1(以下稱“適配卡輸入輸出”)、RT-Task2(以下稱“PLC控制”)。
圖3是基于RT-Linux系統(tǒng)的嵌入式PLC實時任務關系圖,其中適配卡輸入輸出主要是完成數(shù)控系統(tǒng)的輸入輸出,即各軸位置控制命令的輸出、I/O的輸出、I/O輸入以及位置反饋輸入,它實際上是數(shù)控系統(tǒng)控制卡的設備驅動模塊,其優(yōu)先級在數(shù)控系統(tǒng)的各實時任務中為最高級。根據(jù)其硬件特征以及運動控制要求,其響應周期為100μs,響應時鐘周期由PC機I/O接口卡上的硬件定時器產(chǎn)生。根據(jù)RT-Linux系統(tǒng)對硬件中斷的響應機制,輸入輸出控制任務的實時性是可以保證的,這一點在我們的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)得到驗證。
圖3中PLC控制主要是完成數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制功能,其任務優(yōu)先級低于適配卡輸入輸出,同時也低于數(shù)控系統(tǒng)的精插補實時任務和位置伺服實時任務。根據(jù)通用數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制要求,確定其響應周期為5ms,響應周期由RT-Linux的軟件定時器產(chǎn)生,根據(jù)RT-Linux系統(tǒng)的實時多任務調度機制,PLC控制任務的實時性是可以保證的。在實際應用中也得到驗證。
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