摘要：基于多種微處理器的工業(yè)控制系統(tǒng)中共用存儲體的方法，論述了多微處理器的工業(yè)控制系統(tǒng)共用存儲體的工作原理和電路結構，解決了在多種微處理器系統(tǒng)中同時訪問共用存儲體問題。使上位機系統(tǒng)與下位機系統(tǒng)的數據傳輸由一般的工業(yè)控制總線級上升為處理器訪問存儲器級，且保證了控制系統(tǒng)數據傳輸的可靠性。

關鍵詞：控制系統(tǒng) 微處理器 共用存儲體

隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術和自動控制系統(tǒng)的發(fā)展，基于多種微處理器的計算機控制系統(tǒng)已大規(guī)模應用于工業(yè)控制領域。這種體系結構一般都由上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)組成，上位機系統(tǒng)可以充分利用豐富的軟件資源、強大的系統(tǒng)和網絡功能，進行人機交互操作、數據分析、數據處理、數據存儲以及網絡的連接，以形成工業(yè)控制系統(tǒng)的局域網絡;下位系統(tǒng)則使用控制功能強、抗電磁干擾好、易于開發(fā)、具有智能的控制系統(tǒng)如單片機系統(tǒng)、PLC等，主要用于數據采集、數據轉換等一些具有特殊要求的工業(yè)控制過程。上位、下位機系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的RS- 485或其它總線方式連接，如圖1所示。

這種系統(tǒng)結構方式主要存在抗電磁干擾性能較差、網絡及數據傳輸慢和硬件資源浪費等問題，整個系統(tǒng)還存在高性能CPU、存儲器與低性能傳輸系統(tǒng)之間的矛盾，不適合用于高速數據采集系統(tǒng)中。

隨著技術的發(fā)展以及控制對象生產工藝的要求，工業(yè)控制系統(tǒng)具有更高的實時性，對數據的采集和傳輸有了更高的要求，因此以上述方式組成的控制系統(tǒng)的缺點越來越突出。為了解決上述問題，作者將下位機系統(tǒng)作為上位機系統(tǒng)的功能擴充板，以減少上位機系統(tǒng)與下位機數據傳輸的距離，提高數據傳輸速率以及準確性，減少電磁干擾。

下位機系統(tǒng)由CPU、RAM、ROM、數據緩沖器、數據鎖存器、A/D(或D /A)轉換電路等單元組成，使用上位機系統(tǒng)的電源、數據線、地址線和信號控制線，減少了數據經網絡傳輸過程，避免了由于傳輸線路受電磁干擾帶來的一系列問題。數據存儲體系采用上位、下位機系統(tǒng)都可以訪問的高速存儲器解決了由于傳輸問題而導致的瓶頸，充分發(fā)揮高速存儲體性能，提高了數據傳輸的速度。上拉機系統(tǒng)系統(tǒng)使用TCP/IP通訊協議，連接多個上位機系統(tǒng)構成控制系統(tǒng)網絡。

1 工作原理

以上位機系統(tǒng)的工業(yè)IPC機和下位機系統(tǒng)的HD64180為例介紹系統(tǒng)的工作原理。電路原理圖如圖2所示。

下位機系統(tǒng)由CPU、數據存儲器、數據緩沖器、數據鎖存器以及譯碼電路等組成?？勺鳛樯衔粰C的一個外部設備，使用地址可在I/O保留區(qū)C0H之后，目的是避免與上位機其它外部設備的地址產生沖突[1]。由于存儲體使用了上位機系統(tǒng)的部分數據線、地址線和控制信號線，可能產生上位、下位機系統(tǒng)同時對高速存儲體訪問的沖突，為了解決此問題，在下位機系統(tǒng)中使用兩組高速存儲體A、B。存儲體的地址在下位機系統(tǒng)中可安排在ROM的地址之后，在上位機系統(tǒng)中則在A000H之后，目的是避免與上位機系統(tǒng)內部存儲器地址產生沖突。數據緩沖與鎖存采用單、雙向總線收發(fā)器將上位、下位機系統(tǒng)的數據線、地址線和控制信號線對存儲體的操作隔離，通過對總線收發(fā)器使能端的控制決定CPU對存儲體的訪問。因此，對存儲體的讀、寫控制權在任一時刻只能屬于兩個CPU之一。

2 電路結構

為了保證存儲數據的連續(xù)性，下位機在系統(tǒng)的CPU即將對存儲體A的末地址進行操作時，發(fā)出轉體信號。上位機系統(tǒng)響應后，控制總線收發(fā)器的使能端使存儲體B與上位機系統(tǒng)總線隔離，則與下位機系統(tǒng)總線連通進行數據存儲操作，而上位機系統(tǒng)可以對存儲體A進行讀寫。電路中使用兩片存儲器構成存儲體，CPU對存儲體的使用由轉體控制信號通過反相器決定，保證對存儲體的操作在任意時刻只屬于兩個 CPU之一。當上位機系統(tǒng)對存儲體A操作時，U1、U2處于導通狀態(tài)，U3、U4、U5、U6處于隔離狀態(tài)，而U7、U8對于下位機系統(tǒng)來講則處于導通狀態(tài)。因此，系統(tǒng)中不會發(fā)生不同CPU對同一存儲體進行競爭的事件。

使用這種體系結構不僅有效地解決了工業(yè)控制系統(tǒng)中不同微處理器使用同一存儲體的問題，而且解決了不同CPU使用高速存儲器由于傳輸問題而帶來的瓶頸，使上位機系統(tǒng)與下位機系統(tǒng)的數據傳輸由一般的工業(yè)控制總線級上升為處理器訪問存儲器級，且保證了控制系統(tǒng)數據傳輸的可靠性。作者使用此方式體系結構開發(fā)了多種數據采集與處理系統(tǒng)，已在多個領域成功使用。