[发明专利]用于触摸显示工业控制器的IO处理动态重构系统及方法

说明书

技术领域

本发明所述的一种用于工业控制器的IO处理动态重构的系统及方法是属于工业控制设备领域，当触摸显示工业控制器需要多功能IO处理时，为触摸显示工业控制器中IO资源有限的主控制器部分加入FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片构成IO协处理器，协助主控制器中的单片机完成部分IO处理功能，同时提供IO处理功能的动态重构。

背景技术

目前触摸显示工业控制器以带触摸功能的TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜场效应晶体管液晶显示器)，也称为真彩色液晶作为显示和操作界面，可以直观地显示工业控制流程及当前控制状态，同时具有小体积和低功耗的特点，获得了较为广泛的应用。随着应用领域的不断扩大，对工业控制触摸显示器的功能要求也越来越多，有些触摸显示工业控制器甚至复合了PLC(可编程控制器)的功能，可以处理来自工业控制现场的传感器的模拟或数字信号，然后按照工业控制流程给出相应的输出控制信号。

随着工业控制技术的发展，工业控制对象的控制信号、反馈信号和传感器信号，对于每种工业控制现场往往都有不同的处理要求，而且处理信号的速度要求越来越高。这样，在设计触摸显示工业控制器的时候，势必要支持多功能IO处理。参见图1所示为一个触摸显示工业控制器的典型构成，可以分为下列三个部分，带触摸控制的LCD屏图形显示控制单元101，由单片机构成的主控制器部分102，是整个系统的控制核心；以及完成输入输出功能的外围辅助电路103。由于上述主控制器单元部分，采用IO资源有限的单片机，无法进行更多IO功能的处理，需要更换不同的单片机以适应不同的工业控制应用。同时，单片机上IO资源的速度受制于单片机系统时钟的限制，对高速信号处理无法保证精度。为了解决现有触摸显示工业控制器的上述技术问题，本发明提供了一种用于工业控制器的IO处理动态重构的方法及系统，可以完全解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的之一在于提供一种用于工业控制器的IO处理动态重构的系统，通过在触摸显示工业控制器的主控制器中增加包括FPGA构成的协处理器，为触摸显示工业控制器提供可动态重构的多功能IO处理的支持系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于触摸显示工业控制器的IO处理动态重构系统，包括：

——带触摸控制的LCD屏图形显示控制单元，

——主要由单片机构成的主控制器部分，

——完成输入输出功能的外围辅助电路，进一步包括由FPGA芯片构成的IO协处理器，其中FPGA芯片用自定义总线方式与主控制器中的单片机相连接，协处理器的时钟与单片机的时钟相分离，结合单片机的软件步骤编程，实现多个通道的普通IO扩展、高速脉冲输入接口、光电编码器输入、交流伺服控制脉冲输出、步进电机控制输出、PWM输出功能，主控制器中的单片机连接FPGA芯片的配置接口，在单片机程序的运行过程中，对FPGA芯片中的逻辑进行动态配置，以实现IO处理的动态重构。

优选地，所述协处理器的时钟频率高于主控制器的单片机的时钟频率。

优选地，在主控制器的单片机中预先存储多个FPGA配置数据，每种FPGA配置数据针对不同的IO处理模式，根据应用的实际情况，由主控制器的单片机完成FPGA芯片的动态配置。

本发明的又一目的在于提供一种用于工业控制器的IO处理动态重构的方法，通过在触摸显示工业控制器的主控制器中增加包括FPGA构成的协处理器，为触摸显示工业控制器提供可动态重构的多功能IO处理的支持。

为实现上述目的，本发明的又一技术方案为：

一种用于触摸显示工业控制器的IO处理动态重构方法，应用于触摸显示工业控制器，包括以下步骤：

在触摸显示工业控制器的主控制器中增加包括FPGA构成的协处理器；

协处理器用自定义总线方式与主控制器中的单片机相连接；

协处理器的时钟与主控制器的单片机的时钟相分离设置，结合主控制器的单片机的软件步骤编程，用以完成触摸显示工业控制器的普通IO扩展、高速脉冲输入接口、光电编码器输入、交流伺服控制脉冲输出、步进电机控制输出、PWM输出功能；

同时主控制器中的单片机连接协处理器的FPGA芯片的配置接口，用以在单片机程序的运行过程中，对FPGA芯片中的逻辑进行动态配置，以实现IO处理的动态重构。