基于状态机的PLC处理器设计研究
随着PLC应用的迅速发展,PLC对处理器的要求也随之不断提高.PLC需要处理器像商用处理器那样越来越廉价,像DSP处理器那样数据处理能力越来越强,特别是需要处理器具备工业应用现场上的实时处理性能.本文对现有PLC及其处理器的发展现状、发展方向、工作方式、工作需求进行了大量的研究和分析,在此基础上,设计了一款针对于PLC应用的实时性高效率的处理器-基于状态机的PLC处理器.经过研究,笔者在本文中提出了高效率处理器理念和状态机群理念,并将状态机群理念作为本论文的创新点.高效率处理器理念就是,以尽量少的程序代码完成尽量多的数据处理,其具体描述指标是MDPS(Millions of Data Per Second,每秒多少百万数据)和DIR(Data Instructions Ratio,数据指令比);状态机群理念就是通过主状态机-从状态机的状态机群来实现较为复杂而重复的具体的数据处理操作(8051单片机的SFR部分,就是CPU控制下的一种可配置状态机群);避免重复取指令造成的总线占用,以获得比RISC更高的数据处理效率,比DSP更高的灵活性;通过数组加法和链表搜索的算例作了具体的详细解释.本文完成了基于状态机的PLC处理器的如下设计:处理器架构设计(操作集成的数组加法和链表搜索);指令系统设计(程序计数器设计、取指令操作设计、指令集设计、指令码设计、特殊功能寄存器设计);并且运用Verilog HDL硬件描述语言编程实现了,主从状态机、状态机群、状态机群的存储器、状态机处理器指令等.其中状态机处理器指令的Verilog实现包括:通用指令的实现、状态机群指令的实现、数组加法及链表搜索的实现、特殊功能的实现.并且利用Modelsim SE软件,结合FPGA技术,对基于状态机的PLC处理器的寻址方式、通用指令、状态机群、定时器、中断、数组加法及链表搜索进行逻辑功能的仿真验证,仿真结果证明了基于状态机的PLC处理器的可行性.
- 作者：
- 张芝威
- 学位授予单位：
- 沈阳理工大学
- 专业名称：
- 控制理论与控制工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 黄志钢
- 中图分类号：
- TP332
- 关键词：
- 状态机；指令集；处理器；高效率
- State machine； Instruction set； Processor； High efficiency