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一、工控軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及干擾途徑
在不同的工業(yè)控制系統(tǒng)中，工控軟件雖然完成的功能不同，但就其結(jié)構(gòu)來說，一般具有如下特點(diǎn)：
＊ 實(shí)時(shí)性：工業(yè)控制系統(tǒng)中有些事件的發(fā)生具有隨機(jī)性，要求工控軟件能夠及時(shí)地處理隨機(jī)事件。
＊ 周期性：工控軟件在完成系統(tǒng)的初始化工作后，隨之進(jìn)入主程序循環(huán)。在執(zhí)行主程序過程中，如有中斷申請(qǐng)，則在執(zhí)行完相應(yīng)的中斷服務(wù)程序后，繼續(xù)主程序循環(huán)。
＊ 相關(guān)性：工控軟件由多個(gè)任務(wù)模塊組成，各模塊配合工作，相互關(guān)聯(lián)，相互依存。
＊ 人為性：工控軟件允許操作人員干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行，調(diào)整系統(tǒng)的工作參數(shù)。在理想情況下，工控軟件可以正常執(zhí)行。但在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的干擾下，工控軟件的周期性、相關(guān)性及實(shí)時(shí)性受到破壞，程序無法正常執(zhí)行，導(dǎo)致工業(yè)控制系統(tǒng)的失控，其表現(xiàn)是：
＊ 程序計(jì)數(shù)器PC值發(fā)生變化，破壞了程序的正常運(yùn)行。PC值被干擾后的數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，因此引起程序執(zhí)行混亂，在PC值的錯(cuò)誤引導(dǎo)下，程序執(zhí)行一系列毫無意義的指令，最后常常進(jìn)入一個(gè)毫無意義的“死循環(huán)”中，使系統(tǒng)失去控制。
＊ 輸入/輸出接口狀態(tài)受到干擾，破壞了工控軟件的相關(guān)性和周期性，造成系統(tǒng)資源被某個(gè)任務(wù)模塊獨(dú)占，使系統(tǒng)發(fā)生“死鎖”。
＊ 數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾侵入系統(tǒng)的前向通道，疊加在信號(hào)上，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集誤差加大。特別是當(dāng)前向通道的傳感器接口是小電壓信號(hào)輸入時(shí)，此現(xiàn)象更加嚴(yán)重。
＊ RAM數(shù)據(jù)區(qū)受到干擾發(fā)生變化。根據(jù)干擾竄入渠道、受干擾數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同，系統(tǒng)受損壞的狀況不同，有的造成數(shù)值誤差，有的使控制失靈，有的改變程序狀態(tài)，有的改變某些部件（如定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串行口等）的工作狀態(tài)等。筆者在研制電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)時(shí)就曾遇到因現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾而造成RAM數(shù)據(jù)經(jīng)常性被破壞的情況。
＊ 控制狀態(tài)失靈。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，控制狀態(tài)的輸出常常是依據(jù)某些條件狀態(tài)的輸入和條件狀態(tài)的邏輯處理結(jié)果而定。在這些環(huán)節(jié)中，由于干擾的侵入，會(huì)造成條件狀態(tài)錯(cuò)誤，致使輸出控制誤差加大，甚至控制失常。
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物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)中，嵌入式技術(shù)是至關(guān)重要的。但是，至少有60%的人不了解什么是嵌入式技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，不管是從行業(yè)應(yīng)用，還是智能硬件的爆發(fā)，亦或是大數(shù)據(jù)等等嵌入式技術(shù)都得到了的發(fā)展。
簡(jiǎn)單來說，嵌入式技術(shù)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)是一種包括硬件和軟件的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的定義是：“嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心。
以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可剪裁，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。”嵌入式系統(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)是嵌入到被控對(duì)象中的專用微處理器，但是功能比通用計(jì)算機(jī)專門化，具有通用計(jì)算機(jī)所不能具備的針對(duì)某個(gè)方面特別設(shè)計(jì)的、合適的運(yùn)算速度、高可靠性和較低比較成本的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，你智能手機(jī)其實(shí)就是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，它的系統(tǒng)配置的一些硬件如存儲(chǔ)，CPU、電池，但考慮到功耗，為智能手機(jī)特別定制了一個(gè)系統(tǒng)。試想一下，若智能手機(jī)還用臺(tái)式電腦的CPU，那終成型產(chǎn)品得有幾十斤，那樣的手機(jī)還有人買嗎？因此嵌入式系統(tǒng)就是針對(duì)產(chǎn)品需求而定制的系統(tǒng)。
嵌入式技術(shù)起源于單片機(jī)技術(shù), 是各類數(shù)字化的電子、機(jī)電產(chǎn)品的核心,主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。進(jìn)入21世紀(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的各行各業(yè)中90%左右的開發(fā)將涉及到嵌入式開發(fā)。全球嵌入式軟件市場(chǎng)年增長(zhǎng)率超過12.5%，嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值達(dá)一萬億美無，未來三年嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)將保持40%以上的年復(fù)合增長(zhǎng)率。
一個(gè)成熟的嵌入式工程師基本上要了解，應(yīng)用開發(fā)，底層開發(fā)，當(dāng)然這里又會(huì)包含很多很多。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用前景是非常廣泛的，蒂蒙技術(shù)更多涉及到的工業(yè)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)控制。
基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是８位單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來幾年內(nèi)必將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。
工業(yè)設(shè)備是機(jī)電產(chǎn)品中最大的一類，在目前的工業(yè)控制設(shè)備中，工控機(jī)的使用非常廣泛，這些工控機(jī)一般采用的是工業(yè)級(jí)的處理器和各種設(shè)備，其中以X86的MPU最多。工控的要求往往較高，需要各種各樣的設(shè)備接口，除了進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，還須將設(shè)備狀態(tài)，傳感器的信息等在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。這些要求8位的單片機(jī)是無法滿足的，以前多數(shù)使用16位的處理器，隨著處理器快速的發(fā)展，目前32位、64位的處理器逐漸替代了16位處理器，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)性能。采用PC104總線的系統(tǒng)，體積小，穩(wěn)定可靠，受到了很多用戶的青睞。
不過這些工控機(jī)采用的往往是DOS或者Windows系統(tǒng)，雖然具有嵌入式的特點(diǎn)，卻不能稱作純粹的嵌入式系統(tǒng)。在工業(yè)控制器和設(shè)備控制器方面，則是嵌入式處理器的天下。這些控制器往往采用16位以上的處理器，各種MCU，Arm、Mips、68K系列的處理器在控制器中占據(jù)核心地位。這些處理器上提供了豐富的接口總線資源，可以通過它們實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，通訊以及顯示。最近飛利浦和ARM共同推出32位RISC嵌入式控制器，適用于工業(yè)控制，采用0.18微米CMOS嵌入式閃存處理技術(shù)，操作電壓可以低至1.2伏，它還能降低25%到30%的制造成本，在工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)最終用戶而言是一套成本效益的解決方案。
嵌入式技術(shù)在工業(yè)控制中顯得尤其的重要，屬于控制的核心環(huán)節(jié)。貝加萊不斷優(yōu)化嵌入式系統(tǒng)，力求為用戶打造一個(gè)高性能、高可靠性的非傳統(tǒng)工業(yè)控制設(shè)備
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