[发明专利]基于片上可编程系统的数控系统逻辑控制器及其实现方法

权利要求书

1.一种基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

构造连接FPGA的外部电路；

在FPGA上构造用于运行数控系统可编程逻辑控制器的可编程片上系统；

在上述可编程片上系统中裁剪、移植并编译实时操作系统；

在实时操作系统上运行可编程逻辑控制器，实现对外设的控制。

2.按权利要求1所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器的实现方法，其特征在于：所述对外设的控制包括以下步骤：

开始，装置初始化，启动可编程逻辑控制器运行程序；

检验由上位机加载的目标代码，判断加载的代码内容是否正确；

如果目标代码加载正确，则根据目标代码的内容分配系统资源，初始化相应的变量，并通过索引访问系统常量表，将相应的变量进行赋值，其余没有规定初始值的变量均被赋值为0；

循环执行目标代码程序，执行完毕的逻辑运行结果通过硬件抽象层提供的接口更新对数控系统的外部设备的控制，并记录当前状态反馈给数控系统中的上位机；

或者，如果目标代码加载不正确，则报错，反馈出错信息给数控系统中的上位机。

3.按权利要求2所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器的实现方法，其特征在于：目标代码程序包括快逻辑任务和慢逻辑任务，其中快逻辑任务负责实时性要求较高的短脉冲信号处理；慢逻辑任务负责一般信号的处理。

4.按权利要求4所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器的实现方法，其特征在于：所述快逻辑任务和慢逻辑任务的处理方法为：

通过调用SOPC系统中的计时器记录每次处理的周期时间，如果超过规定时间，则触发定时器中断，调用任务调度函数来将当前慢逻辑任务切换执行下一个快逻辑任务；

休眠慢逻辑任务，等待快逻辑任务执行完毕后慢逻辑任务被唤醒，继续该慢逻辑任务；当可编程逻辑控制器执行完逻辑任务时，将当前状态保存在双端口存储器中，并通过PLC通信接口模块反馈至数控系统中的上位机。

5.一种权利要求1所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器，其特征在于：所述数控系统可编程逻辑控制器基于FPGA结构，包括：

处理器模块，通过内部交换总线与外部扩展模块、存储器接口模块、双端口存储器模块以及PLC通信接口模块连接；

外部扩展模块，具有各种控制接口和总线接口，用于扩展外部设备；

存储器接口模块，即三态桥模块，过内部交换总线与处理器相连，同时外接Flash和SDRAM存储器；

PLC通信接口模块，实现可编程逻辑控制器与数控系统间的数据传输和数据的实时交互。

6.按权利要求5所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器，其特征在于：还具有调试接口，通过内部交换总线与处理器模块、外部扩展模块、存储器接口模块以及PLC通信接口模块相连，调试接口外接开发用计算机。

7.按权利要求5所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器，其特征在于：所述处理器模块包括中央处理器、定时器、计时器以及中断控制器，其中中央处理器、定时器、计时器以及中断控制器通过内部交换总线相连接，定时器产生中断信号周期，通过中断控制器接至中央处理器。

8.按权利要求5所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器，其特征在于：所述外部扩展模块包括通用IO模块、USB模块以及LCD模块。

9.按权利要求5所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器，其特征在于：双端口存储器模块和PLC通信接口模块共同完成与数控系统上位机的通信功能；双端口存储器模块，作为PLC通信接口模块的缓存，存放上位机传输的执行代码和变量，同时保存可编程逻辑控制器执行完逻辑状态，并通过PLC通信接口模块传输给上位机。

10.按权利要求10所述的基于片上可编程系统的数控系统可编程逻辑控制器，其特征在于：所述双端口存储器模块为双口RAM存储模块，具有两个完全独立的端口，每个端口都有相对独立的地址、数据和控制信号，实现与上位机进行大量的数据交换，并进行数据缓存。