CN102855137B - 用于自动化部件的编程的方法和程序设计*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于工业自动化装置的自动化部件的编程的方法和程序设计***，其中自动化部件配备有至少一个具有较快存取的专用的工作存储器（高速缓存、紧耦合存储器）。在程序创建时，向用户提供用于将优先级值分配给自动化程序的各个任务的输入选项，其中，对在至少执行具有由用户所分配的最高优先级的任务时调用的所有程序部分进行自动识别，并且将已识别的程序部分持久地存储在专用的工作存储器中。由此，能够以高的执行速度和短的等待时间来可复现地执行重要的程序部分和例程。

Description

用于自动化部件的编程的方法和程序设计***

技术领域

本发明涉及一种对用于工业自动化装置的自动化部件进行编程的方法，其中，所述自动化部件配备有一个通用的工作存储器和具有更快存取的至少一个专用的工作存储器，并且在自动化程序的运行时间中将所述自动化程序的一部分储存在所述专用的工作存储器中。本发明还涉及一种用于执行所述方法的程序设计***，所述程序设计***具有用于将优先级值分配给所述自动化***的各个任务的输入选项，所述程序设计***设计用于对在至少执行具有借助所述输入选项分配的最高优先级值的任务时调用或者能够调用的所有程序部分进行识别，并且所述程序设计***设计成，在执行所述自动化程序的持续期间，将所述识别的程序部分设计用于持久地储存在所述至少一个专用的工作存储器中。

背景技术

为了生产设备和过程的自动化而使用可编程逻辑控制器，简称PLC。可编程逻辑控制器的核心是基于微处理器的控制机构，经常还称作CPU（CPU=中央处理器）。在可编程逻辑控制器中实现所述中央组件（中央处理器）时，使用现今主要常用的、由PC领域或微控制器领域中已知的处理器或处理器设计（处理器核心-IP）。在此，既能够使用各个处理器，又能够使用多处理器***或者具有多个处理器核心的***。在高效率的处理器***中通常使用分层式结构存储器***，其中，距处理单元（处理器）“较近的”层，例如高速缓存或所谓的紧耦合存储器（TCM），与通用的工作存储器相比（大多数为动态随机存取存储器DRAM）通常具有较小的存储容量、但是为此具有明显更高的存取速度和更短的等待时间。

标准处理器和处理器核心（IP）的在技术上的继续发展基本上通过例如PC技术、图像处理、视频处理和数据传输（电话技术、流媒体）的目标市场来体现。这导致，将现有技术中的硬件结构和用于使用高速缓存或者紧耦合存储器的策略根据每单位时间尽可能大的数据传输率来优化。换而言之，通常应该最小化数据量的平均处理时间。在其中处理大规模数据量的许多的已知应用中，对此使用循环或一直重复的子程序序列。在此，高速缓存控制器或相似的处理单元记录通常重复运行的程序编码和通常使用的管理数据，由此所述程序段和数据段优选保持在高速缓存或紧耦合存储器中。在此，高速缓存的运用只是致使引起平均传输率的优化。

与此相反，在自动化技术中的使用可编程逻辑控制器的许多典型的应用中，常常对于平均处理时间和高的数据传输率提出不太高的要求，然而相反地，针对特定的部分应用提出对于运行时间或延迟时间的可复现性的高的要求，其中，运行时间或者延迟时间应该尽可能低地波动，即应该具有尽可能小的“抖动”。对此的实例是在电力电子学中对移动控制、液压调节、变频器控制的应用，还和在高速运转的机械和应用中对异步事件的反应。在此，紧耦合存储器通常目的明确地用于可复现地执行编码或可复现地存取数据。然而，紧耦合存储器的应用需要硬件结构的精确的知识和手动创建用于编码部分和数据部分的特殊的定位规则。

因此，用于可编程逻辑控制器的已知方法和借此实现的应用不太适合（高速缓存）或者针对其执行而需要高的耗费和对于分别所使用的硬件（紧耦合存储器）的深度的知识。

在微处理器***中可达到的性能非常强地与下述相关：待处理的编码或所属的数据是否已经位于例如高速缓存和紧耦合存储器的、“近核的”、快速工作存储器中，或者仍位于相对慢的通用存储器中（通常为动态随机存取存储器）。因为尤其是自动化程序的完整的程序通常大于可供使用的专用的快速工作存储器（高速缓存存储器、紧耦合存储器），并且自动化程序的哪一部分和数据的哪一部分在专用的工作存储器中，哪一部分不在专用的工作存储器中，与至此的程序流程相关，因此通常的应用的在时间上的性能和特殊的特定功能的执行时间和反应时间是几乎不可预测的，并且是波动的。

通过“抖动关键的”任务（Task）常常具有强的线性的特性，并且因此通常不具有常常连续运行的本地循环，所述负面效应增强，其中所述本地循环优选由高速缓存管理机构保持在专用的快速工作存储器中。针对具有对于可复现性有高要求的可编程逻辑控制器任务（例如调节、时钟产生或对过程报警的反应），由于“缓存命中”或“缓存缺失”以及关联出现的“抖动”使得所述不可预测的、波动的处理速度是成问题的。因为违背时间上的请求通常导致在应用中的干扰，并且因此导致待控制的过程或者进程中的干扰，所以在“最差情况”的情况中出现的程序运行时间，即在“缓存缺失”情况下的程序运行时间，必须被考虑用作确定大小的基础，即便当平均值能够是明显更好时这也导致显著的性能损失。因为主要通过在其他任务中的在时间上的进程来影响任务（Task）的运行时间，这不仅涉及重要任务的中断，也涉及高速缓存等的占用的“过去史”，所以测取所述“最差情况”的执行时间对于使用者来说也是困难的。

发明内容

本发明的目的是，优化地并可靠地充分利用高速缓存或紧耦合存储器的用于时间关键任务的速度优点。

在此，该目的的根据本发明的解决方案的中心方面是，提供给用户一种用户界面，所述用户界面通常提供用于创建具有对于执行时间和性能的可复现性有高要求的子任务或子程序的便利的选项，其中，减轻用户对基本的存储器结构的具体认识的负担，以便能够简单地并且与硬件无关地创建定位规则。根据本发明，由此将全部程序部分持久地保留在专用的快速工作存储器中，所述程序部分能够在执行时间关键的任务时来执行。

该目的的解决方案尤其涉及一种根据本发明的方法和一种根据本发明的程序设计***。

该目的的解决方案尤其涉及一种对用于工业自动化装置的自动化部件进行编程的方法，其中，自动化部件配备有通用的工作存储器和具有与通用的工作存储器相比更快速地存取的、至少一个专用的工作存储器，并且，在自动化程序运行期间将自动化程序的一部分存储在专用的工作存储器中。在此，在创建自动化程序时向用户提供用于将优先级值分配给自动化程序的各个任务的输入选项，其中通过机构进行所有程序部分的识别，在执行至少具有由用户所分配的最高优先级的任务时调用或者能够调用所述程序部分。然后，在自动化程序执行的持续时间期间将所识别的程序部分持续地存储在至少一个专用的工作存储器中。通过所述方法保证，一方面，通过将程序部分存储在专用的快速工作存储器中，而能够快速地执行重要的程序段。另一方面，由于总是将这些程序部分存储在专用的工作存储器中，使得不能够出现“缓存缺失”，所以所述程序部分的执行速度是恒定的。所述方法的另一优点在于，将与优先的任务相关的全部程序部分同样保持在专用的工作存储器中，使得在执行时间关键的例程时，到传统的工作存储器中的分支不是必需的。

此外，该目的的解决方案涉及一种用于创建用于自动化部件的自动化程序的程序设计***，其中，所述程序设计***构成为执行根据本发明的方法。在此，程序设计***尤其包括将优先级值或至少一个优先级值分配给程序部分或编程功能的输入选项，所述程序部分或者编程函数应该在运行时间期间尽可能快地和/或以可复现的延迟或等待时间来执行。此外，该程序设计***包括一种机构，借助所述机构能够测取或识别与所选功能相关的全部功能或程序部分或者程序例程。此外，程序设计***，尤其是与程序设计***连接的编译器、连接器和“加载器”构成为，在自动化程序的运行时间期间，将识别的程序部分、例程等存储在专用的工作存储器中，并且在那里持久地可供执行。通过所述程序设计***能够实现与根据本发明的方法相关联的优点。

在本发明中说明根据本发明的方法的有利的扩展方案。在此，所描述的特征和优点在某种意义上也适用于根据本发明的程序设计***。此外，在本发明中说明根据本发明的程序设计***的有利的扩展方案，其中其所述特征和优点在某种意义上也适用于根据本发明的方法。根据本发明的特征能够单独地或者彼此间任意组合地作用。

有利地，高速缓存或紧耦合存储器用作专用的工作存储器。所述存储器结构通过特别快速的界面连接到微处理器或处理器核心上，使得确保快速执行位于其中的程序编码。显然地，也能够使用在存取时优选的其他存储器类型。在此重要的是，不根据执行统计或相似的途径做出关于将哪些程序部分和程序例程存储在所述专用的工作存储器中的决定，而是将由用户优先化的程序部分和可能的与其相关的程序部分和操作***例程持久地保持在所述专用的工作存储器中。例如，提供用于事件的处理例程，即所谓的中断任务（中断服务例程）或类似重要的或时间关键的程序部分作为待优先化的任务。只要由所识别的程序部分存取或者需要数据或数据结构，那么有意义的是，将所述数据或数据结构根据选项保存在专用的工作存储器中，以便实现以恒定的和高的存取速度进行存取。此外，由识别的程序部分所调用的操作***例程也能够有利地保持在专用的工作存储器中，只要其存储能力足够于此。在本发明优选的扩展方案中，以具有最高优先级的任务开始，将大量的程序部分和所属的数据转移到专用的工作存储器中，直到达到所述工作存储器的容量极限。

用于达到恒定的、高的处理速度的另一个附加的可能性在于，在多处理器***或具有多核处理器的***中预留用于识别程序部分的至少一个处理器或处理器核心。

有利地，在实现所述方法时使用程序设计***，所述程序设计***构成为所谓的“工程***”，并且因此包含用于创建自动化程序的至少一个编辑器和用于编译自动化程序的编译器。由此，经由输入选项获取的并且涉及程序部分优先权的信息能够直接地转发到编译器和相应的加载程序上，其中除之前所述的措施之外，即除在专用的工作存储器中存储所述程序部分或由此产生的可执行编码之外，能够针对所述程序部分采取其他的有利的措施。因此，例如对于许多编译器可能的是，或者生成特别快的程序编码，但是或者在转换程序时将更多权重置于非常“紧凑的”、对存储而言经济的程序编码上。相应地，编译器能够根据可供使用的专用工作存储器转换识别的程序部分，使得所述程序部分一方面具有尽可能高的执行速度，但是另一方面能够完全地安插在专用的工作存储器中。优选地，所述程序设计***具有关于可供使用的专用工作存储器的大致大小的了解，使得已经能够在输入选项中提示用户，能够优先化哪些或多少可供使用的程序部分和例程，以及不能够优先化哪些或多少可供使用的程序部分和例程。

附图说明

以下借助参考附图阐明根据本发明的方法的实施例。所述实施例同时用于阐明根据本发明的程序设计***。

在此唯一的附图示出用于优先级值的输入选项，所述优先权值能够分配给事件和其他程序部分。

具体实施方式

在附图中示出输入选项EM，所述输入选项为自动化程序的不同程序部分或任务，例如过程报警、延迟报警、异步错误报警等。每个类别都列出还称作“组织模块”OB的不同的程序模块。所述“组织模块”OB中的每一个能够分配有优先级值PW，其中，至少组织模块OB，——所述组织模块具有最高优先级值（此处：31），并且在图中是组织模块OB40——，应该设计为用于持久地存储在专用的工作存储器中。

因此，输入选项EM是用户界面，所述用户界面提供用于创建或确定具有对可复现性和性能有高要求的PLC子应用的便利的选项，其中，对用户隐藏所基于的真正的硬件。***必须仅有一个关于专用工作存储器的大小的说明。

在程序设计***中的可编程逻辑控制器中进行用户程序的创建，所述程序设计***至少基于虚拟机实现。所述程序设计***包括具有所谓“任务”形式的子任务的结构化部，即组织模块OB。通过用户能够将优先级或优先级值PW分配给所述“任务”。在所述“任务”中，即在优先的程序部分中能够分层地调用其他的编码模块。在此，还能够在不同的“任务”中使用同一编码模块。包含在编码模块中的编码能够存取全局数据或本地数据。

借助编译过程将用户创建的应用完全地或递增地编译成目标平台专用的机器编码。所述编译过程能够以多级进行。编译过程的相应的级不仅能够在创建***上执行，而且还能够部分地或完全地在目标平台上（可编程逻辑控制器PLC、中央处理器CPU）执行。

因此，通过输入选项EM，用户在编程界面获得例如相应地标识“抖动关键任务”的选项，其中这能够通过可调整的任务优先级（优先级值PW）或借助附加属性（未示出）来进行。最迟在进行编译运行期间进行程序分层的分析。以此为基础标识出编码部分和数据部分，所述编码部分和数据部分为所述关键的“任务”的组成部分，并且因此必须设计用于存储在专用的工作存储器中。

优选地，以与实际上所基于的硬件无关的虚拟的存储器大小为基础，进行可供使用的专用工作存储器大小的说明。所述虚拟存储说明考虑到需可能地在将用户编码转换到目标平台上时的编译因数，以及考虑到需可能地充足地预留待优先化的面向传输率的程序部分或者待共同存储的操作***功能。借助用于专用的快速工作存储器的标准化的存储大小说明，能够向用户提供与目标硬件无关的负荷显示。因此，向用户保证用于“抖动关键”程序部分的快速存储器的确定的大小。内部的映射方法或硬件的真实结构对用户是完全透明的。

以“抖动关键”程序部分的标识为基础，借助编译器或***（加载器）能够自动地将关键程序组成部分固定地分配给在目标平台中的一个或多个专用的工作存储器区域。所述可复现地快速的工作存储器能够通过在高速缓存存储器中的特定区域的“锁定”，通过其它的分配方法（例如缓存着色技术）或通过在其它的快速存储器区域（例如TCM紧耦合存储器）中定位来实现。优选地，在分配时也能够考虑使用来自用户程序的所使用的***功能（例如PLC操作***或“固件”的部分），由此，仅***功能的所述部分持久地、快速地占据工作存储器，所述工作存储器实际上还使用在关键的“任务”中。

附加地，所述标识有利地能够借助输入选项EM使用于：针对关键的程序组成部分确定用于编译器的目的明确地确定的策略，例如对编码大小或编码速度进行优化。

在另外一个优选的扩展方案中存在下述可能性：将关键的程序组成部分目的明确地换出到独立的执行单元中，例如换出到可配置的逻辑电路中或者用于预留的处理器或处理器核心的处理。附加地或替选地，在定位时还能够选择用于分配存储器地址的方法，所述方法实现可供使用的“高速缓冲通道”（Cache-Way）的均匀利用，由此充足的缓存资源可供用于高效处理面向传输率的子任务。

所述方法能够用于文本编程语言和图形编程语言以及二者的组合。在此可选的是，应该给予用户下述选项，从到专用的快速工作存储器中的定位中排除存在于所选择的、关键的程序部分的调用分层中的特定的程序部分，例如针对非关键的初始化编码或针对非关键的误差处理顺序。这能够通过标识例如组织模块OB的整个模块，或通过在源码中的标识来进行。于此相反，能够同样可选地给予用户下述选项：将特定的程序部分还当其没有位于关键的“任务”的调用分层中时存放在专用的快速工作存储器中。这例如能够通过整个组织模块OB的标识或通过在源码中的特征来进行。作为另一选择，所述方法也能够构成为，使得只要在虚拟存储器说明中已经考虑到为此所必需的资源，就还没有由于在运行状态“运行”中的再加载而出现对于在时间上的稳定性方面的负面作用。

在有利的扩展方案中，在分析和定位时不仅能够考虑程序编码而且还能够考虑数据区域。在另一有利的扩展方案中还能够说明并考虑具有不同的分配的速度等级的多个不同的专用的工作存储器区域。

Claims (14)

1.用于对工业自动化装置的自动化部件进行编程的方法，其中，所述自动化部件配备有通用的工作存储器和具有更快存取的至少一个专用的工作存储器，并且在自动化程序的运行时间中将所述自动化程序的一部分储存在所述专用的工作存储器中，其特征在于，

在创建所述自动化程序时向用户提供用于将优先级值分配给所述自动化程序的各个任务的输入选项，其中所述输入选项提供用于创建或确定具有对可复现性和性能有高要求的PLC子应用的便利的选项，

通过机构对在至少执行具有由所述用户分配的最高优先级的任务时调用或者能够调用的所有程序部分进行识别，并且

在执行所述自动化程序期间，将已识别的程序部分持久地存储在所述至少一个专用的工作存储器中，

在所述自动化程序的所述运行时间中还将由所述已识别的程序部分存取的数据中的一些或全部保持在所述专用的工作存储器中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用高速缓存或紧耦合存储器作为所述专用的工作存储器。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，能够将用于事件的至少一个处理例程选择为待优先化的任务。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还将由所述已识别的程序部分调用的操作***例程中的一些或全部保持在所述专用的工作存储器中。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述自动化程序用于在具有多个处理器或至少一个多核处理器的硬件平台上运行，其中，所述已识别的程序部分用于在所述处理器或处理器核心中的为之预留的一个上执行。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用工程***来编程，所述工程***包括用于创建所述自动化程序的至少一个编辑器和用于编译所述自动化程序的编译器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过所述编译器标识从所述已识别的程序部分中得出的、能够执行的程序编码，使得在硬件平台上的加载程序将所述能够执行的程序编码加载到所述专用的工作存储器中。

8.用于创建用于工业自动化部件的自动化程序的程序设计***，其中，所述自动化部件配备有通用的工作存储器和具有更快存取的至少一个专用的工作存储器，并且其中在自动化程序的运行时间中将所述自动化程序的一部分储存在所述专用的工作存储器中，其特征在于，

所述程序设计***具有用于将优先级值分配给所述自动化***的各个任务的输入选项的单元，其中所述输入选项提供用于创建或确定具有对可复现性和性能有高要求的PLC子应用的便利的选项，

所述程序设计***设置用于对在至少处理具有由所述输入选项分配的最高优先级值的任务时调用或者能够调用的所有程序部分进行识别，并且

所述程序设计***设置成，在执行所述自动化程序的持续时间内，已识别的程序部分设计用于持久地存储在所述至少一个专用的工作存储器中，

所述程序设计***设置成，在所述自动化程序的运行时间中，还将由所述已识别的程序部分存取的数据中的一些或全部保持在所述专用的工作存储器中。

9.根据权利要求8所述的程序设计***，其特征在于，所述程序设计***设置成用于对作为专用的工作存储器的高速缓存或紧耦合存储器编址。

10.根据权利要求8或9所述的程序设计***，其特征在于，所述输入选项设置成用于选择作为待优先化的任务的事件处理例程。

11.根据权利要求8或9所述的程序设计***，其特征在于，所述程序设计***设置成，由所述已识别的程序部分调用的操作***例程中的至少一些被识别并且在程序执行的持续时间内保持在所述专用的工作存储器中。

12.根据权利要求8或9所述的程序设计***，其特征在于，所述程序设计***设置用于为具有多个处理器或至少一个多核处理器的目标硬件创建能够执行的程序编码，其中，所述程序设计***设置成，使得所述已识别的程序部分用于在所述处理器或处理器核心中的为所述程序部分预留的一个上执行。

13.根据权利要求8或9所述的程序设计***，其特征在于，所述程序设计***包括用于创建所述自动化程序的至少一个编辑器和用于编译所述自动化程序的编译器。

14.根据权利要求8或9所述的程序设计***，其特征在于，所述程序设计***设置成用于在目标硬件上创建用于加载程序的指令，其中，所述指令包括将所述已识别的程序部分加载到所述专用的工作存储器中。