本發(fā)明涉及控制領(lǐng)域，特別是指一種支持協(xié)程功能的PLC控制器。

背景技術(shù)：

在工業(yè)控制領(lǐng)域，從控制指令的發(fā)出，到控制指令的執(zhí)行，中間往往需要延時。因此當(dāng)一個指令執(zhí)行后，要等待這個指令執(zhí)行完畢才能執(zhí)行下一個指令，這個過程稱作阻塞。阻塞使控制器的效率和實時性大大降低。因此我們往往要采取非阻塞的編程策略，即當(dāng)一個指令執(zhí)行后，不必等待這個指令執(zhí)行完畢才能執(zhí)行下一個指令，但是這種情況下執(zhí)行后續(xù)指令時要不停檢查當(dāng)前指令是否結(jié)束，否則會造成時序錯誤。這樣編程的復(fù)雜性就增大了。

協(xié)程是一種用戶級的輕量級線程。協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧。協(xié)程調(diào)度切換時，將寄存器上下文和棧保存到其他地方，在切回來的時候，恢復(fù)先前保存的寄存器上下文和棧。協(xié)程可以大大簡化多任務(wù)并行執(zhí)行的編程。比如，我們控制4臺機械手的運動，當(dāng)?shù)谝慌_機械手的控制指令下達后，這臺機械手的協(xié)程被掛起；系統(tǒng)切換至等待指令執(zhí)行的下一個協(xié)程控制；這樣控制系統(tǒng)的效率和實時性就大大地提高了。同時，每臺機械手的控制程序在一個協(xié)程之中，編程的復(fù)雜度也得到降低。

PLC控制器的IEC61131-3國際標準的編程語言包括圖形化編程語言和文本化編程語言ST。然而標準ST語言不包含協(xié)程功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于協(xié)程功能在工業(yè)控制領(lǐng)域的重要性，本發(fā)明提出一種支持協(xié)程功能的PLC控制器，

包括：中央處理單元，存儲器，電源模塊，程式輸入裝置，輸入輸出回路；其特征在于，

在中央處理單元中擴展了對程序協(xié)程功能的支持，包括以下方案：

在用于所述PLC控制器編程的ST語言中加入?yún)f(xié)程的關(guān)鍵詞，用于標記程序協(xié)程的起始和結(jié)束；

在用于所述PLC控制器編程的ST語言中加入?yún)f(xié)程基本操作的庫函數(shù)的支持；

用于所述PLC控制器編程的ST語言編譯器獨立編譯各協(xié)程段，每一個協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧；

用于所述PLC控制器編程的ST語言編譯器編譯生成字節(jié)碼，下載至PLC控制器，PLC控制器的字節(jié)碼虛擬機執(zhí)行此字節(jié)碼；

在所述PLC控制器字節(jié)碼虛擬機中增加了對協(xié)程指令集的支持。

進一步的，所述字節(jié)碼虛擬機運行在一個實時操作系統(tǒng)的環(huán)境下，一個字節(jié)碼虛擬機占用一個線程，這個系統(tǒng)下有獨立于虛擬機的線程對字節(jié)碼虛擬機進行監(jiān)視，并進行異常處理；此監(jiān)視線程有獨立于字節(jié)碼虛擬機的寄存器上下文和棧，一旦虛擬機異常，監(jiān)視線程仍可正常運行，其對虛擬機的監(jiān)視和異常處理能正常運行。

進一步的，一個PLC控制器可以運行多個字節(jié)碼虛擬機。

本發(fā)明的有益效果是：簡化了過程控制的編程復(fù)雜度；多任務(wù)執(zhí)行的實時性、執(zhí)行效率大大提升。

附圖說明

圖1為協(xié)程調(diào)度切換原理圖。

具體實施方式

PLC控制器的IEC61131-3國際標準的編程語言包括圖形化編程語言和文本化編程語言(ST語言)。ST語言具有編程功能強大高效的特點，然而標準ST語言不包含協(xié)程功能。

要實現(xiàn)支持協(xié)程功能，必須先讓ST語言編譯器加入支持協(xié)程的功能。因此首先要在ST語言中加入?yún)f(xié)程的關(guān)鍵詞，用于標記協(xié)程的起始和結(jié)束；同時在ST語言中加入?yún)f(xié)程基本操作的庫函數(shù)的支持。在ST語言編譯器編譯時，要獨立編譯各協(xié)程段，每一個協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧。

ST語言編譯器編譯生成字節(jié)碼，字節(jié)碼類似于在CPU上運行的機器碼。把字節(jié)碼下載至PLC控制器，PLC控制器的字節(jié)碼虛擬機模擬CPU運行，執(zhí)行此字節(jié)碼。要實現(xiàn)在所述字節(jié)碼虛擬機對協(xié)程的支持，就必須增加字節(jié)碼虛擬機協(xié)程指令集；另外還必須將協(xié)程操作以庫函數(shù)進行處理。

下面，結(jié)合一個具體的實施例來說明在ST語言中擴展協(xié)程的方法。

首先，在ST語言中增加TASK，END_TASK兩個關(guān)鍵詞標記協(xié)程的起始和結(jié)束。

如代碼：

TASK taskA

……

END_TASK

TASK taskB

……

END_TASK

含義是標記2個協(xié)程，在ST語言編譯器編譯時，要獨立編譯各協(xié)程段，每一個協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧，但是不同的協(xié)程可以有公共的全局變量。

增加Start(taskA)，End(taskA)，Yiled(taskA)，Resum(taskA)幾個函數(shù)進行協(xié)程的基本操作，編程用戶調(diào)用這些函數(shù)就能實現(xiàn)協(xié)程功能，這些函數(shù)構(gòu)成協(xié)程函數(shù)庫。ST語言編譯器按系統(tǒng)默認的庫函數(shù)編譯這些函數(shù)，這些函數(shù)編譯成的字節(jié)碼含有協(xié)程指令集指令，從而實現(xiàn)對協(xié)程的支持。因為字節(jié)碼虛擬機是模擬CPU的運行機制，對協(xié)程的支持表現(xiàn)在協(xié)程擁有自己的寄存器上下文和棧，即虛擬機為每一個協(xié)程定義了獨立的上下文寄存器，并分配獨立的?？臻g；虛擬機執(zhí)行每一個協(xié)程程序就好比不同的PLC控制器執(zhí)行他們獨立的程序一樣；協(xié)程調(diào)度切換時，虛擬機將協(xié)程寄存器上下文和棧保存起來，在切回來的時候，恢復(fù)先前保存的寄存器上下文和棧。這種模擬的協(xié)程與真實的協(xié)程一樣的原理，如圖1所示，為協(xié)程調(diào)度切換原理圖，虛擬機增加了協(xié)程調(diào)度器，用于實現(xiàn)協(xié)程的調(diào)度，原理和C語言下的協(xié)程是一樣的。

為了提高單片機的效率和安全性，PLC控制器字節(jié)碼虛擬機運行在一個實時操作系統(tǒng)的環(huán)境下，一個字節(jié)碼虛擬機占用一個線程，一個線程不會干擾另外線程，從而保證系統(tǒng)的安全性，同時也能讓一個PLC控制器可以運行多個字節(jié)碼虛擬機。另外，這個系統(tǒng)下有獨立于虛擬機的線程對字節(jié)碼虛擬機進行監(jiān)視管控，并進行異常處理；此監(jiān)視線程有獨立于字節(jié)碼虛擬機的寄存器上下文和棧，一旦虛擬機異常，監(jiān)視線程仍可正常運行，其對虛擬機的監(jiān)視和異常處理能正常運行。這樣一旦虛擬機異常，整個單片機系統(tǒng)不會全面崩潰，系統(tǒng)的會保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并從異常中自動恢復(fù)。

由于PLC控制器字節(jié)碼虛擬機運行在一個實時操作系統(tǒng)的環(huán)境下，因此可以運行多個字節(jié)碼虛擬機，只要PLC控制器有足夠的內(nèi)存空間運行這些虛擬機并且在運行速度上能達到目標要求，這樣就能模擬運行多個PLC控制器。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是為了區(qū)分兩個相同名稱非相同的實體或者非相同的參量，可見“第一”“第二”僅為了表述的方便，不應(yīng)理解為對本發(fā)明實施例的限定，后續(xù)實施例對此不再一一說明。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開的范圍(包括權(quán)利要求)被限于這些例子；在本發(fā)明的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術(shù)特征之間也可以進行組合，步驟可以以任意順序?qū)崿F(xiàn)，并存在如上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細節(jié)中提供。

另外，為簡化說明和討論，并且為了不會使本發(fā)明難以理解，在所提供的附圖中可以示出或可以不示出與集成電路(IC)芯片和其它部件的公知的電源/接地連接。此外，可以以框圖的形式示出裝置，以便避免使本發(fā)明難以理解，并且這也考慮了以下事實，即關(guān)于這些框圖裝置的實施方式的細節(jié)是高度取決于將要實施本發(fā)明的平臺的(即，這些細節(jié)應(yīng)當(dāng)完全處于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi))。在闡述了具體細節(jié)(例如，電路)以描述本發(fā)明的示例性實施例的情況下，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下或者這些具體細節(jié)有變化的情況下實施本發(fā)明。因此，這些描述應(yīng)被認為是說明性的而不是限制性的。

盡管已經(jīng)結(jié)合了本發(fā)明的具體實施例對本發(fā)明進行了描述，但是根據(jù)前面的描述，這些實施例的很多替換、修改和變型對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。例如，其它存儲器架構(gòu)(例如，動態(tài)RAM(DRAM))可以使用所討論的實施例。

本發(fā)明的實施例旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求的寬泛范圍之內(nèi)的所有這樣的替換、修改和變型。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。