TC-PRR021 传统 PLC 系统的结构
相比较传统的的基于通用工业 PC 的工业PLC，其数控系统嵌入式PLC 硬件包括：工控机及其外围设备，基于ISA 总线的开关量输入输出接口卡，光电隔离模块，继电器输出模块。其结构如图1 所示。
TC-PRR021
工控机采用 Windows 等非实时操作系统，数控系统的人机界面、数控代码处理、轨迹划、参数管理以及PLC 控制都通过工控机由软件来实现，不需要独立的NC 控制器，减少了数控系统对硬件的依赖，有利于提高系统的开放性。I/O 输入输出信息通过PC 机I/O 接口卡实现主机与伺服接口模块和I/O 接口模块之间的信息交换，PC 机I/O 接口卡基于ISA或PCI 的总线。虽然其相较**初的单片机的控制加入了工业PC 来拓展其开放性，但是由于没有充分利用PC 机系统资源，而开发和运行都采用的非实时多任务操作系统(如Windows，Linux)时，其设计没有考虑到实时环境的开发用途，其系统调用的效率不高，数控系统PLC
控制不能满足一些高精度场合的实时性要求。
TC-PRR021基于嵌入式系统的实时PLC 系统结构
嵌入式实时 PLC 系统，一般由开发系统和实时运行系统两部分组成，是相互独立而又密不可分的两个系统，可以分别单独运行。开发系统基于PC 机，建立在Windows 操作系统平台之上，提供了PLC 应用程序的编写及其编译调试环境。开发系统与实时运行系统的通讯一般通过RS232 接口来实现。如果嵌入式操作系统提供网络服务，也可以通过以太网、Modbus 或CAN 总线进行通讯。应用程序编写完并编译调试无误后通过RS232 或TCP/IP 通信协议下载到嵌入式系统。实时运行系统则用于完成系统配置、输入信号处理、循环调用PLC 程序及控制信号输出等操作，并且可以通过现场总线或TCP/IP 通信协议与硬件层(I/O)
实现通信。

传统 PLC 系统的结构
相比较传统的的基于通用工业 PC 的工业PLC，其数控系统嵌入式PLC 硬件包括：工控机及其外围设备，基于ISA 总线的开关量输入输出接口卡，光电隔离模块，继电器输出模块。其结构如图1 所示。

工控机采用 Windows 等非实时操作系统，数控系统的人机界面、数控代码处理、轨迹划、参数管理以及PLC 控制都通过工控机由软件来实现，不需要独立的NC 控制器，减少了数控系统对硬件的依赖，有利于提高系统的开放性。I/O 输入输出信息通过PC 机I/O 接口卡实现主机与伺服接口模块和I/O 接口模块之间的信息交换，PC 机I/O 接口卡基于ISA或PCI 的总线。虽然其相较**初的单片机的控制加入了工业PC 来拓展其开放性，但是由于没有充分利用PC 机系统资源，而开发和运行都采用的非实时多任务操作系统(如Windows，Linux)时，其设计没有考虑到实时环境的开发用途，其系统调用的效率不高，数控系统PLC
控制不能满足一些高精度场合的实时性要求。
2、基于嵌入式系统的实时PLC 系统结构
嵌入式实时 PLC 系统，一般由开发系统和实时运行系统两部分组成，是相互独立而又密不可分的两个系统，可以分别单独运行。开发系统基于PC 机，建立在Windows 操作系统平台之上，提供了PLC 应用程序的编写及其编译调试环境。开发系统与实时运行系统的通讯一般通过RS232 接口来实现。如果嵌入式操作系统提供网络服务，也可以通过以太网、Modbus 或CAN 总线进行通讯。应用程序编写完并编译调试无误后通过RS232 或TCP/IP 通信协议下载到嵌入式系统。实时运行系统则用于完成系统配置、输入信号处理、循环调用PLC 程序及控制信号输出等操作，并且可以通过现场总线或TCP/IP 通信协议与硬件层(I/O)
实现通信。

它的主要功能是系统加电后初始化目标硬件，初始化OS，及提供部分硬件的驱动程序如时钟、中断、串口驱动等。其与内核、驱动程序及应用程序之间的关系如图4：

如图可见 BSP 为上层软件与底层硬件之间进行交互的桥梁，为上层提供统一接口。BSP中包括的驱动程序与具体的硬件相关，在移植到不同的硬件系统的时候，要修改相关的驱动。
4.2 VxWorks BSP 的特点
在众多的商用嵌入式实时操作系统中，VxWorks 是使用极为广泛的一种操作系统，它实时性强，占用空间小，提供丰富的网络协议，有众多的调试手段。
VxWorks 的BSP 可以按功能分为两大部分。
1）目标系统的系统引导部分：主要是目标系统启动时的硬件初始化，在目标系统上电后开始执行，主要是配置处理器的工作状态，初始化系统的内存等，这部分的程序一般只在系统引导时执行，为操作系统运行提供硬件环境。
2）目标系统的设备驱动程序：主要是驱动目标系统配置的各种设备，包括字符型设备、块存储设备、网络设备等，这些设备驱动程序完成对硬件的配置，操作系统通过设备驱动程序来访问硬件，从而完成读取数据和外界的交互等。
在实际应用中，为了获得更好的稳定性和执行效率，许多设备驱动程序会直接和应用程序捆绑在一起，而不是由操作系统来管理。
4.3 BSP 的设计与修改
WRS 提供了大量预制的，支持许多商业主版或评估板的BSP，减少了开发时间。
宏观来看，BSP 包括两部分：
初始化部分：CPU 初始化；目标板初始化；操作系统的初始化。
驱动程序部分：一般要包括时钟、中断、串口驱动。
具体来看，BSP 包括源文件、头文件、派生文件。主要需要修改VxWorks 源码中的以
下目录中：
/target/config/all
几个重要文件的功用如下：
1)bootConfig.c：引导ROM 映像的主要初始化和控制文件。
2)bootInit.c：引导ROM 映像的第二阶段的初始化代码。实现romStart 函数--romInit.s
中的romInit()函数执行完后跳转到romStart()，执行解压缩，代码/数据段从rom 拷到ram。
3)usrConfig.c：VxWorks 映像的主要初始化代码。
/target/config/comps/vxworks：实时内核基本模块描述（cdf）文件。
/target/config/comps/src：实时内核模块配置文件。供usrconfig.c 使用。
/target/config/bspname 该目录下的文件就是要编写的BSP 文件。
由于 BSP 系统开发的硬件相关性和处理器系列的多样性，不可能有一种通用的程序或
方法来解决每一种处理器的BSP 问题，所以必须具体问题具体分析，不断实践，才能使程
序运行达到比较高的效率。
5、其它
另外，VxWorks 的多任务任务调度策略的实施也是实现嵌入式PLC 的一个关键点，确保高优先级任务在确定的时间内能被执行，并对外部的异步事件作出及时响应。多任务环境允许一个实时应用作为一系列独立任务来运行，各任务有各自的线程和系统资源。VxWorks系统提供了多处理器间和任务间高效的信号灯、消息队列、管道、网络透明的套接字。并具有实时系统的另一关键特性是硬件中断处理。为了获得**可靠的中断响应，VxWorks 系统的中断服务程序（ISR）有自己的上下文。鉴于篇幅关系，在本文不做详细讨论。
6、总结与展望
嵌入式系统已经成为历史发展的必然，其**的可扩展性，对多种硬件的支持，同时能够提高PLC 的运行速度和可靠性，并且支持多任务的控制策略，对PLC 的性能有了很大的提高。通过现场运行调试，对现场I/O 设备进行监控，达到了预期的实时性要求，实现了通过现场总线或TCP/IP 通信协议与硬件层(I/O)高速的响应目标。新型的基于VxWorks 的嵌入式实时PLC 具有很高的性能价格比，具有市场竞争优势，有助于我国PLC 企业发展本国市场，发展自主产业的PLC。
本文作者创新点：研究了于基于VxWorks 的嵌入式实时PLC 系统，并包含了处理器的优化和BSP 的改造，是对现行国内PLC 设计技术的一种拓展和补充。