专利名称：新型异步多核自动化控制器的利记博彩app
技术领域：
本实用新型属于工业自动化控制领域，具体涉及一种新型异步多核自动化控制器(PAC)，特别是一种新型异步多核自动化控制器。
背景技术：
随着工业控制设备需求的增长，目前的控制系统越来越难以满足现代化的工业应用所需要的更多功能要求，为了满足现代工业控制系统应用所提出的各项要求，人们提出了可编程自动化控制器(PAC)，可编程自动化控制器(PAC)正在逐渐取代可编程逻辑控制器(PLC)，成为工控系统理想选择。然而，目前大部分PAC仍然采用PLC所使用的单一微处理器(MCU)的模式，使得控制系统的负荷很高，容易导致多任务系统下的实时性问题出现，因此，为了满足性能需求，通过集成更多核心来提高性能是必然选择，但是核心的结构也必须考虑，因为如果核心结构过于复杂，随着核心数量的增多，不仅不能提升性能，还会带来线延迟增加和功耗变大等问题，因而异构多核是一个重要的方向，将结构、功耗、功能、运算性能各不相同的多个核心集成在芯片上，并通过任务分工和划分将不同的任务分配给不同的核心，让每一个核心处理自己擅长的任务，这种异构组织方式比同构的多核处理器执行任务更有效率，实现了资源的最佳化配置，而且降低了整体功耗。异构多核的可编程自动化控制器将会取代单核处理器，解决微处理器的发展瓶颈，是将来工控系统必然的发展趋势，在未来一段时间之内，它将在处理器市场上占有很重要的统治地位，因此，研究一种用于工业控制系统的异构多核自动化控制器是很有现实意义的，然而，目前常见的多核控制器是在一个集成芯片(IC)中集成多个运算单元核心，而且在使用异构多核的系统中，仍然采用OS进行任务调度，使整个系统的稳定性与安全性建立在OS上，同时单一硬件MCU也造成整个系统的冗余性缺失。
发明内容针对上述可编程逻辑控制器存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提出一种新型异步多核自动化控制器，该自动化控制器通过多核异步工作，有效解决了单核处理器时钟频率难以提高、微处理器功耗较大的问题。并为解决控制系统的安全性、稳定性、降低软件开发难度等问题提供了 一个良好的开端。为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术解决方案:一种新型异步多核自动化控制器，包括模拟主板、I/O主板、运动控制主板、diagnose模块、同步调试器、自定义增强型SPI总线、具有供电通讯装置及同步调试总线的底板；模拟主板、I/O主板和运动控制主板这三块主板通过插针安装在具有供电通讯装置及同步调试总线的底板上；所述三个主板分别通过自定义增强型SPI总线相互连接；所述三个主板分别与diagnose模块相连接,所述diagnose模块是逻辑分析仪电平信号采集电路，用以实现三块主板上的电平信号采集，所述diagnose模块与PC机相连，用以实现对三块主板电平信号的显示；同步调试器与PC机、三块主板分别相连，用以实现三块主板的同步调试。本实用新型还包括如下其他技术特征:所述控制器还包括有五块子板7，所述五块子板7安装在其对应的主板上，用以对三块主板分别进行功能扩展；所述五块子板包括DAC接口扩展电路、ADC接口扩展电路、I/O接口扩展电路、步进电机控制接口扩展电路和编码器接口扩展电路，其中，DAC接口扩展电路和ADC接口扩展电路与模拟主板相连接；I/O接口扩展电路与I/O主板相连接；步进电机控制接口扩展电路和编码器接口扩展电路与运动控制主板相连接。所述自定义增强型SPI总线包括12条信号线，分别是:数据线和时钟线:包括SPI_SCK、SPI_MIS0、SPI_M0SI ;片选信号线:包括 NSSO、NSS1、NSS2、NSS3、SPI_NSS ;中断信号线:包括 ITO、ITU IT2、IT3。所述同步调试器包括USB接口、STM32芯片和STM8SL05芯片。其中，USB接口、STM32芯片和STM8SL05芯片依次相连接；由STM32芯片上的UARTl和STM8SL05芯片上的5条GPIO线与GND线共同组成同步调试器接口 Debuggerl ;由STM32芯片上的UART2和STM8SL05芯片上的5条GPIO线与GND线共同组成同步调试器接口 Debugger2 ;由STM32芯片上的UART3和STM8SL05芯片上的5条GPIO线与GND线共同组成同步调试器接口Debugger3 ;由STM8SL05芯片上的5条GPIO线、GND线与UART共同组成同步调试器接口Debugger4 ;Debuggerl、Debugger〗、Debugger3分别与三块主板上的下载调试接口 JIAG相连；PC机通过USB接口连接同步调试器，PC机通过同步调试器上的同步调试器接口Debuggerl、Debugger〗、Debugger3与三块主板上的下载调试接口 JIAG分别相连。本实用新型的新型异步多核自动化控制器的优点如下:1、每块主板 都带有不同工作频率或者相同频率的微控制器MCU，这是本实用新型多核结构与异步工作的具体体现，除此之外，每块主板上还都带有各自独立的用于支持分布式控制或实时控制的现场总线、RS485接口、USB串口通信、下载调试接口 JTAG、用于异步通信的通用串行数据总线UART和SPI总线接口等相同的接口通信模块以及各自自身的功能模块。从而保证了每个主板自身独立与异步的工作。比如在工作过程中只用到模拟主板，那就仅仅需要使用Diagnose模块采集并分析模拟主板中的信号，于是通过软件编程仅选择模拟主板进行工作即可满足控制工作需要，无需三个主板全部投入工作，降低了功耗，提高了自动化控制器的执行效率和系统安全性。以上为异步多核的优点。2、三块主板与同步调试器构成了自组织重构系统，使本实用新型的新型异步多核自动化控制器具有可重构性和可编程性，大大提高了多核的通用性和运算性能，使处理器既有了通用微处理器的通用性，又有单一多核芯片系统的高性能，兼具灵活性、高性能、高可靠性、低能耗等优点。以上为自组织重构系统的优点。3、自定义增强型SPI总线克服了现有SPI总线仅仅可以单向通讯的缺点，三块主板之间通过增强型SPI总线构成一个整体，实现彼此之间的相互通讯。在工作过程中，从机可以通过中断信号线中断主机的信号，将自身设置为主机，从而三块主板之间可以互为主机或者从机，而且在任意时刻只有一块主板作为主机，其他主板只能作为从机，通过中断信号线实现了主机与从机相互中断的响应式通讯连接。4、具有供电通讯装置及同步调试总线的底板是本实用新型不可缺少的一部分，主要有供电装置与同步调试总线组成。五块子板按照各自对应的扩展接口通过插针安装在三块主板上，三块主板通过插针安装在具有供电通讯装置及同步调试总线的底板上；需要时，同步调试器与三块主板相连，不需要时，同步调试器独立存在。通过底板上的供电装置对三块主板供电，实现三块主板、五块子板以及同步调试器之间的相互连接与通讯。
图1为本实用新型的新型异步多核自动化控制器结构示意图。图中各标号:1、模拟主板；2、I/O主板；3、运动控制主板；4、Diagnose模块；5、同步调试器；6、自定义增强型SPI总线；7、五块子板。图2为模拟主板的结构示意图。图中各标号:8、现场总线CAN ;9、RS485接口 ；10、USB串口 ；11、下载调试接口 JTAG ;12、通用串行数据总线UART ;13、ADC模拟采集前端调理电路；14、D/A电路；15、模拟主板MCU ;16、A/D电路；17、DAC数字后端调理电路；18、24排端子；19、2803芯片；20、继电器输出电路；21、外扩24插针；22、隔离数字输入输出电路；23、自定义增强型SPI接线端子；24、组态时通讯端子。图3为I/O主板的结构示意图。图中各标号:25、现场总线；26、RS485接口 ；27、USB串口 ；28、下载调试接口 JTAG ;29、通用串行数据总线UART ;30、组态通讯端子接口 ；31、外扩24插针；32、I/O主板MCU ;33、4245芯片；34、输入光耦信号隔离电路；35、输入端子；36,4245芯片；37、输出光耦信号隔离电路；38、输出端子；39、24端子排；40、自定义增强型SPI接线端子；41、电源端子。图4为运动控制王板的结构不意图。图中各标号:42、现场总线；43、RS485接口 ；44、USB串口 ；45、下载调试接口 JTAG ;46、通用串行数据总线UART ;47、组态通讯端子接口 ；48、外扩24插针；49、运动控制主板MCU ;50、4245芯片；51、光耦信号隔离电路；52、单端转差分；53、4245芯片；54、光耦信号隔离电路；55、24端子排；56、自定义增强型SPI接线端子。图5为三块主板与五块子板连接示意图。图中各标号:2、I/O主板；1、模拟主板；
6、自定义增强型SPI总线；3、运动控制主板；57、DAC接口扩展电路；58、ADC接口扩展电路；59、I/O接口扩展电路；60、步进电机控制接口扩展电路；61、编码器接口扩展电路。图6为三块主板之间通过自定义增强型SPI总线连接的示意图。图中各标号为:
6、增强型SPI总线、23、模拟主板I的增强型SPI接线端子；40、1/0主板2的增强型SPI接线端子；56、运动控制主板3的增强型SPI接线端子。图7为同步调试器结构示意图。图中各标号:62、USB接口；63、STM32芯片；64、STM8SL05 芯片。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步的解释说明。
具体实施方式
参见图1，本实用新型为新型异步多核自动化控制器，包括模拟主板1、I/O主板2、运动控制主板3、Diagnose模块4、同步调试器5、自定义增强型SPI总线6、五块子板7以及具有供电通讯装置及同步调试总线的底板；模拟主板1、I/O主板2和运动控制主板3通过插针安装在具有供电通讯装置及同步调试总线的底板上，通过具有供电通讯装置及同步调试总线的底板上的供电装置对三块主板供电。模拟主板1、I/O主板2和运动控制主板3通过自定义增强型SPI总线6相连接，三块主板之间同等级，通过自定义增强型SPI总线6实现主机与从机相互中断的响应式通讯连接，但在运行过程中的任意时刻，只有一块主板作为主机，其他主板作为从机。模拟主板I用于将采集到的数字信号通过DAC转换为模拟电压信号，并将输出的O到2.5V电压通过后向通道电路转换为正负10V，用于伺服电机模拟控制量。I/O主板2用于控制器各种开关量的输入输出。运动控制主板3用于实现步进电机的控制以及专用信号的输入(原点信号，正向限位、负向限位等专有信号的输入)。所述模拟主板1、I/O主板2和运动控制主板3这三块主板分别与diagnose模块4相连接diagnose模块4是逻辑分析仪前期电平信号采集电路，用以对三块主板上的电平信号采集。diagnose模块4可以与PC机相连，将采集到的电平信号在PC机上显示。所述三块主板与同步调试器5构成自组织重构系统，使得本实用新型的控制器具有可重构性和可编程性，提高多核的通用性和运算性能。自组织重构系统是本实用新型的核心部件；DiagnoSe模块4、自定义增强型SPI总线6和五块子板7是辅助模块，用于满足连接、通讯、接口扩展以及电平信号的采集。参见图2，所述模拟主板I包括现场总线8、RS485接口 9、USB串口 10、下载调试接口 JTAG 11、通用串行数据总线UART 12、ADC模拟采集前端调理电路13、D/A电路14、模拟主板MCU 15、A/D电路16、DAC数字后端调理电路17、24排端子18、2803芯片19、继电器输出电路20、外扩24插针21、隔离数字输入输出电路22、自定义增强型SPI接线端子23和组态时通讯端子24(三个主板并到一起，整体工作时为组态，整体工作时通过组态通讯端子24进行通讯；每一个单独的主板工作时为独立态，其独立工作的时候通过独立态通讯端子进行通讯)；其中，所述现场总线8、RS485接口 9、USB串口 10、下载调试接口 JTAG 11、通用串行数据总线UART 12、D/A电路14、A/D电路16,2803芯片19、外扩24插针21、隔离数字输入输出电路22、自定义增强型SPI接线端子23和组态时通讯端子24分别与模拟主板MCU15相连接；所述A/D电路16、DAC数字后端调理电路17、24排端子18、ADC模拟采集前端调理电路13和D/A电路14依次相连；所述2803芯片19与继电器输出电路20相连接。参见图3，所述I/O主板2包括现场总线25、RS485接口 26、USB串口 27、下载调试接口 JTAG28、通用串行数据总线UART29、组态通讯端子接口 30、外扩24插针31、I/O主板MCU 32,4245芯片33、输入光耦信号隔离电路34、输入端子35、4245芯片36、输出光耦信号隔离电路37、输出端子38、24端子排39、自定义增强型SPI接线端子40和电源端子41 ;其中，所述现场总线25、RS485接口 26、USB串口 27、下载调试接口 JTAG28、通用串行数据总线UART29、组态通讯端子接口 30、外扩24插针31、4245芯片33、4245芯片36、24端子排39、自定义增强型SPI接线端子40、电源端子41分别与I/O主板MCU 32相连接；所述输入端子35、输入光耦信号隔离电路34和4245芯片33依次相连；所述4245芯片36、输出光耦信号隔离电路37、输出端子38依次相连。参见图4，所述运动控制主板3包括现场总线42、RS485接口 43、USB串口 44、下载调试接口 JTAG 45、通用串行数据总线UART 46、组态通讯端子接口 47、外扩24插针48、运动控制主板MCU 49,4245芯片50、光耦信号隔离电路51、单端转差分52、4245芯片53、光耦信号隔离电路54、24端子排55和自定义增强型SPI接线端子56 ;其中，所述现场总线42、RS485接口 43、USB串口 44、下载调试接口 JTAG 45、通用串行数据总线UART 46、组态通讯端子接口 47、外扩24插针48、4245芯片50、4245芯片53、24端子排55和自定义增强型SPI接线端子56分别与运动控制主板MCU 49相连接；所述4245芯片50、光耦信号隔离电路51和单端转差分电路52依次相连；所述4245芯片53与光耦信号隔离电路54相连接；单端转差分电路52和光耦信号隔离电路54分别与24端子排55相连接。 参见图5，所述五块子板7包括DAC接口扩展电路57、ADC接口扩展电路58、I/O接口扩展电路59、步进电机控制接口扩展电路60和编码器接口扩展电路61。五块子板分别是三块主板的接口扩展电路，实现三块主板的接口扩展，用于连接和控制更多的外部设备。其中，DAC接口扩展电路57和ADC接口扩展电路58通过插针安装到模拟主板I上，作为模拟主板I的扩展接口；I/O接口扩展电路59通过插针安装到I/O主板2上，作为I/O主板2的扩展接口 ；步进电机控制接口扩展电路60和编码器接口扩展电路61通过插针安装到运动控制主板3上，作为运动控制主板3的扩展接口。参见图6，所述自定义增强型SPI总线6包括12条信号线，分别是数据线和时钟线(包括 SPI_SCK、SPI_MIS0、SPI_M0SI)、片选信号线(包括 NSSO、NSS1、NSS2、NSS3、SPI_NSS)和中断信号线(包括IT0、IT1、IT2、IT3)，其中，数据线和时钟线用于从机与主机之间的信号通讯，片选信号线用于主机通过该信号线选择从机，中断信号线用于从机发送中断信号给主机，从而中断主机的信号，并将自身设置为主机，其他为从机，实现主机与从机相互中断的响应式通讯连接，这也是与现有SPI总线的区别所在。自定义增强型SPI总线6比传统的SPI总线多4条中断信号线与4条片选信号线。所述模拟主板I的自定义增强型SPI接线端子23、I/O主板2的自定义增强型SPI接线端子40、运动控制主板3的自定义增强型SPI接线端子56通过自定义增强型SPI总线6的12条信号线相连接。自定义增强型SPI接线端子满足自定义增强型SPI总线6的安装要求。参见图7，所述同步调试器5主要包括USB接口 62、STM32芯片63和STM8SL05芯片64。其中，USB接口 62、STM32芯片63和STM8SL05芯片64依次相连接；由STM32芯片63上的UARTl和STM8SL05芯片64上的5条GPIO线与GND线共同组成同步调试器接口Debuggerl ；由STM32芯片63上的UART2和STM8SL05芯片64上的5条GPIO线与GND线共同组成同步调试器接口 Debugger2 ；由STM32芯片63上的UART3和STM8SL05芯片64上的5条GPIO线与GND线共同组成同步调试器接口 Debugger3 ;由STM8SL05芯片64上的5条GPIO线、GND线与UART共同组成同步调试器接口 Debugger4。同步调试器接口 Debuggerl、Debugger2、Debugger3分别与三块主板上的下载调试接口 JIAG相连，PC机与同步调试器5的USB接口 62相连，并通过USB接口 78传输数据给STM32芯片63和STM8SL05芯片64。因此，PC机通过同步调试器5上的Debuggerl、Debugger2、Debugger3与三块主板上的下载调试接口 JIAG分别相连,实现三块主板的同步调试。需要进行下载调试时，同步调试器(5)与三块主板相连接，不需要时，同步调试器
(5)可独立存在。同步调试器接口 Debugger4为多出的一个同步调试接口，用于主板的扩展。
权利要求1.一种新型异步多核自动化控制器，其特征在于，包括模拟主板(I)、I/o主板(2)、运动控制主板(3)、diagnose模块(4)、同步调试器(5)、自定义增强型SPI总线(6)、具有供电通讯装置及同步调试总线的底板；模拟主板(I)、I/O主板(2)和运动控制主板(3)这三块主板通过插针安装在具有供电通讯装置及同步调试总线的底板上；所述三个主板分别通过自定义增强型SPI总线(6)相互连接；所述三个主板分别与diagnose模块(4)相连接，所述diagnose模块(4)是逻辑分析仪电平信号采集电路，用以实现三块主板上的电平信号采集，所述diagnose模块(4)与PC机相连，用以实现对三块主板电平信号的显示；同步调试器(5)与PC机、三块主板分别相连，用以实现三块主板的同步调试。
2.如权利要求1所述的新型异步多核自动化控制器，其特征在于，还包括有五块子板(7)，所述五块子板(7)安装在其对应的主板上，用以对三块主板分别进行功能扩展；所述五块子板(7 )包括DAC接口扩展电路(57 )、ADC接口扩展电路(58 )、I/O接口扩展电路(59 )、步进电机控制接口扩展电路(60)和编码器接口扩展电路(61)，其中，DAC接口扩展电路(57 )和ADC接口扩展电路(58 )与模拟主板(I)相连接；I/O接口扩展电路(59 )与I/O主板(2 )相连接；步进电机控制接口扩展电路(60 )和编码器接口扩展电路(61)与运动控制主板(3)相连接。
3.如权利要求1所述的新型异步多核自动化控制器，其特征在于，所述自定义增强型SPI总线(6)包括12条信号线，分别是:数据线和时钟线:包括SPI_SCK、SPI_MIS0、SPI_MOSI ;片选信号线:包括 NSS0、NSS1、NSS2、NSS3、SPI_NSS ;中断信号线:包括 ITO、IT1、IT2、IT3。
4.如权利要求1所述的新型异步多核自动化控制器，其特征在于，所述同步调试器(5)包括 USB 接口(62)、STM32 芯片(63)和 STM8SL05 芯片(64);其中，USB 接口(62)、STM32芯片(63)和STM8SL05芯片(64)依次相连接；由STM32芯片(63)上的UARTl和STM8SL05芯片(64)上的5条GPIO线与GND线共同组成同步调试器接口 Debuggerl ;由STM32芯片(63)上的UART2和STM8SL05芯片(64)上的5条GPIO线与GND线共同组成同步调试器接口 Debugger2 ;由 STM32 芯片(63)上的 UART3 和 STM8SL05 芯片(64)上的 5 条 GPIO 线与GND线共同组成同步调试器接口 Debugger3 ;由STM8SL05芯片(64)上的5条GPIO线、GND线与UART共同组成同步调试器接口 Debugger4 ;Debuggerl、Debugger2、Debugger3分别与三块主板上的下载调试接口 JIAG相连；PC机通过USB接口(62)连接同步调试器(5)，PC机通过同步调试器(5)上的同步调试器接口 Debuggerl、Debugger2、Debugger3与三块主板上的下载调试接口 JIAG分别相连。
专利摘要本实用新型公开了一种新型异步多核自动化控制器，包括模拟主板、I/O主板、运动控制主板、diagnose模块、同步调试器、自定义增强型SPI总线以及具有供电通讯装置及同步调试总线的底板；三块主板通过插针安装在具有供电通讯装置及同步调试总线的底板上；三个主板分别通过自定义增强型SPI总线相连；三个主板分别与diagnose模块相连接，diagnose模块与PC机相连；五块子板安装在其对应的主板上；同步调试器与PC机、三块主板分别相连。该自动化控制器通过多核异步工作，有效解决了单核处理器时钟频率难以提高、微处理器功耗较大的问题，并为解决控制系统的安全性、稳定性、降低软件开发难度等问题提供了一个良好的开端。
文档编号G05B19/418GK202975731SQ20122058213
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者王国庆, 杨华新, 刘承桓, 叶洪, 瞿进, 杨博, 王超琨, 颜康, 崔松林, 马新生 申请人:长安大学