【正文】 1 工業(yè)控制中嵌入式系統(tǒng)軟件的設(shè)計 作 者 姓 名 田振超 專 業(yè) 自動化 指導(dǎo)教師姓名 王斌鵬 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 講師 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 目 錄 摘 要 …………………………………………………………… 1 第一章 緒論 ………………………… … ……………… ……… … 3 嵌入式系統(tǒng)概述 ……………… …… ……………………………… 3 課題簡介及 研究意義 ……………………………………………… 5 嵌入式控制系統(tǒng) 研究與國內(nèi)外現(xiàn)狀 … ……… …………………… 6 本文的主要工作和創(chuàng)新 …………………………………………… 7 第二章 嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺的設(shè)計 … ………………… … 29 ☆☆☆ ……………………………………………………………… 29 ☆☆☆ ……………………………………………………………… 35 …… …… …… 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 摘 要 隨著計算機和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)作為計算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，已深入到社會的方方 面面。近年來，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。本文討論了工業(yè)控制中嵌入式系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)，旨在創(chuàng)建一個完整的嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺。該平臺將嵌入式實時操作系統(tǒng)、嵌入式組態(tài)軟件、軟 PLC 等有機地結(jié)合起來，為嵌入式控制系統(tǒng)提供一個完整的運行環(huán)境。本文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的概念、發(fā)展和軟硬件組成，并對嵌入式控制系統(tǒng)及其相關(guān)軟件如嵌入式實時操作系統(tǒng)、軟 PLC 系統(tǒng)、嵌入式組態(tài)軟件等進行了詳細的分析，同時闡述了嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺課題及研究意義。其次根據(jù)作者在嵌入式控制系統(tǒng)方面的研究，提出了嵌入式控制 系統(tǒng)軟件平臺的總體框架，并對關(guān)鍵軟件的設(shè)計做了非常詳細的分析。基于分析的結(jié)果，本文詳細討論了嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺中嵌入式實時操作系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫管理與通信、人機界面軟件等主要模塊的實現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，本文通過一個實例對平臺進行了詳細的測試，該測試實例基于 PC104 標準嵌入式板和嵌入式 RTAI 實時操作系統(tǒng)。測試表明，該平臺具有實時性強、易于裁剪、組態(tài)靈活等特點。最后，本文對嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺需要進一步完善和發(fā)展的相關(guān)功能模塊進行了詳細的分析，并展望了嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制中的應(yīng)用前景及發(fā)展方向。本文詳細敘述 了工業(yè)控制中嵌入式系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)，特別是基于 Linux 的嵌入式系統(tǒng)，對于在工業(yè)控制中應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)的研究和構(gòu)造有一定的指導(dǎo)作用。 關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng) 工業(yè)控制 RTAI MiniGUI 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 ABSTRACT With the rapid development of puter and microelectronics technology, embedded system which is one of important applications, has been applied in many fields. In recent years, the practice of embedded system in the industrial control bees more and more extensive. This thesis discussed the design and implementation of embedded system software in industrial control, aim at establishing uniform software platform of an entire embedded control system, which consists of embedded realtime OS, embedded configuration software, softPLC and etc. The thesis began with an overview of the concept, development, hardware and software of embedded system. It analyzed embedded control system and related software, including embedded realtime OS, softPLC and embedded SCADA. Then it briefly introduced the embedded control system software platform and its prospect future. After that, the thesis proposes software framework of the platform and analyzed the key part of the software based on the author’s research in embedded control system. According to the result of analysis, the thesis discussed the implementation of the main models of the platform in detail, including embedded realtime OS, realtime data base management and munication, human interface software and etc. Then the thesis provided a demo to test the performance of the platform. The test is based on the PC104embedded main board and embedded RTAI realtime OS. The test results manifest the platform has hard realtime capabilities, easy configuration and etc. In the end, the thesis analyzed the related models which needed to be improved and developed in the platform. Then, the future application of embedded system in industry control was prospected. This thesis provided us with a full description on the design and implementation of the embedded system software in industrial control， especially on Linux. It will be the guidance for research and development in embedded control system. Key words： embedded system。 realtime OS。 industrial control。 RTAI。 MiniGUI 山東輕工業(yè)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第一章 緒論 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)概念與發(fā)展 隨著計算機和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)（ Embedded System）作為計算機應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，已深入到社會的方方面面，不僅廣泛滲透到社會、經(jīng)濟、軍事、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，而且深 入到家電、娛樂、藝術(shù)、社會文化等各個領(lǐng)域，掀起了一場數(shù)字化技術(shù)革命。 國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 它主要由嵌入式微處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等部分組成，集軟硬件于一體，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理等功能 。 從 20 世紀七十年代單片機的出現(xiàn)到各式各樣的嵌入式微 處理器 ，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近 30 年的發(fā)展歷史。 綜觀嵌入式技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下四個階段 ： 第一階段是嵌入式系統(tǒng)的早期階段，是以功能簡單的專用計算機或單片機為核心的可編程控制器形式存在，具有監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備等功能。這種系統(tǒng)大部分應(yīng)用于各類工業(yè)控制和飛機、導(dǎo)彈等武器裝備中，早期嵌入式系統(tǒng)一般沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言編程對系統(tǒng)進行直接控制，運行結(jié)束后清除內(nèi)存。這一階段系統(tǒng)的主要特點是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，幾乎 沒有用戶接口，比較適合于各類專用領(lǐng)域。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價格很低，以前在國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是已經(jīng)遠遠不能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲介質(zhì)的現(xiàn)代化工業(yè)控制和新興的信息家電等領(lǐng)域的需求。 第二階段是以嵌入式 CPU 為基礎(chǔ)、以簡單操作