遠程編程

遠程編程技術意指在遠離設備的情況下，通過某種手段對特定的PLC進行編程監控，然後根據監控數據對程式進行修改控制。

現代設備結構日趨複雜，自動化程度也越來越高，許多設備綜合了機械、電子、自動控制、計算機等先進技術，從而使設備發生故障時診斷難度增大。遠程編程技術即可解決這個問題。

基本介紹

• 中文名：遠程編程
• 外文名：Remote programming
• 簡介：通過某種手段對特定PLC進行編程
• 套用學科：計算機科學，儀器科學
• 套用：FPGA、CPLD器件
• 優點：方便及時、降低成本

簡介

遠程編程技術意指在遠離設備的情況下，通過某種手段對特定的PLC進行編程監控，然後根據監控數據對程式進行修改控制。

現代設備結構日趨複雜，自動化程度也越來越高，許多設備綜合了機械、電子、自動控制、計算機等先進技術，從而使設備發生故障時診斷難度增大。一般簡單問題可由設備使用、維護人員解決，但當系統出現較嚴重、複雜故障時，則需要技術人員才能解決問題。如果每次都請專業技術人員到現場服務，無疑將增加企業成本。此時，遠程編程技術即可解決這個問題。

FPGA遠程編程方法

介紹

由摩爾定律可知，微電子學的快速發展使得複雜計算系統可以集中在單晶片上。需要該結構的任務可以被映射到更小的硬體資源形成片上系統。這些平台要保持高可適應性以處理不斷變化的限制，例如交流標準、實時限制、多媒體套用的代碼以及其他方面。上述的限制通常沒有使用的平台更持久。

使用微處理器可以通過更新硬體的固件來考慮到一個片的功能的適應性，從而讓系統保持到一定程度以處理這些一直不斷變化的要求。同時，片上面積是以系統表現為代價而最小化。在滿足實時限制，微處理器有時也不高效。然而專一和高特殊性硬體模組通常是必須的，尤其是在加速單任務上面以及同時提供較多平行的可能性。一種硬體的劣勢在於自製造後不能被改變。

對於該問題的解決方案在於可重構硬體上面，例如邏輯可程式門序列。這些有助於硬體實現上述的變化且不需要重新構造完成的設備即SoC，同時提供硬體完成所有的優點。FPGA在不同時間隨著完全實施不同任務的時候進行重構。

現行微處理器系統

許多不同種類的多處理器系統可提高和在使用。甚至兩個主要的通用處理器的半導體公司已經公開的建議大規模多處理器晶片的益處。將多處理器系統的主要資源集中到性能上面，而不是伴隨的能量消耗。

現行的圖形處理單元包含了多處理器設計。例如，英偉達一款新型GPU包含了128個渲染處理單元。這些單元都是特別設計來處理渲染算法以及在相同圖形內的並行計算。許多同時發生的圖形計算都是可能的，然後速度就會提升起來。

同時一款新的微單元處理器(Cell processor) 由IBM，Sony和TOshiba共同研究研發出來。該微型處理器由8個Synergistic Processing Elements(SPE)和一個Power PC Processing Element(PCE)組成。每個SPE支持一個獨立處理單元(ALu)。PPE用來作為中央控制處理器(PPE)而且己IBM 的64位PowerPC結構。通過耦合每個處理器的匯流排接口，它們可以進行交流和互動。微處理器的設計很明確的一種高度平行化。

CPLD 器件遠程編程

近年來, 在電子設計領域, 可程式邏輯器件(PLD , Programmable Logic Device)得到了快速發展, 已成為繼單片機DSP(Digital Signal Processor)之後又一個最有發展前途的器件。CPLD(Complex PLD)或現場可程式門陣列(FPGA )器件具有編程方式簡便、開發周期短、運行速度快、工作可靠等特點, 現已越來越多地套用於數字電路中, 甚至代替了MCU , DSP ,ASIC 等器件構成功能完整的編程晶片系統。如何實現CPLD/FPGA 器件的遠程編程已成為國內外電子工程師們的熱門話題。針對這一問題, 人們從嵌入式CPU 技術、嵌入式作業系統、嵌入式Java 技術以及Internet 網路技術等方面進行了一系列研究,取得了不同程度的研究成果。

系統組成

如圖所示,CPLD 器件的遠程編程系統由服務系統、網路和客戶系統三個部分組成。服務系統是整個遠程編程的中心, 分為VHDL編輯編譯模組, Java 編輯編譯及遠程控制等模組。其中VHDL語言的編輯、編譯模組用於CPLD 器件功能設計, 並編譯成POF 檔案， 以便下載給CPLD 器件, 使該器件實現相應的功能。Java 語言的編輯編譯模組用於編寫及編譯Java 程式, 編譯後的代碼傳送到Java 虛擬機JVM (Java Virtual Machine), 實現JTAG連線埠的操作。遠程控制模組用於實現用戶信息管理、數據生成、通信控制等功能。網路系統是目前已被人們廣泛套用的Internet網, 以低成本、高效率的通信方式為系統提供數據傳輸功能。客戶系統由Java 處理器、目標電路兩大模組組成,其中Java 處理模組由JVM 、通令及JTAG 連線埠掃描、密碼管理等子功能模組組成;目標電路模組由CPLD 器件及相應外圍電路組成, 實現客戶系統的最終功能。

　CPLD 遠程編程系統結構

CPLD 器件遠程編程實現

根據要實現的目標功能編寫VHDL 程式, 進行邏輯綜合併編譯成POF 檔案。同時, 根據客戶系統的硬體情況編寫Java 應用程式, 編譯成Java 位元組碼, 然後對POF 檔案及Java 位元組碼檔案打包。根據服務系統用戶信息資料庫提供的地址、密碼、硬體參數等信息生成通信方案及配置方案, 服務系統通過Internet 與客戶進行通信, 把相應的硬體配置、Java 位元組碼檔案及POF 檔案包傳送到客戶系統的RAM 中。Java 處理器上的嵌入式Java 應用程式在JVM 平台上運行, 完成與伺服器的通信, 同時對下載到RAM 中的Java 應用程式POF 檔案進行解密, 對服務系統發過來的信息進行識別, 如果都正確, 則執行解密後的Java 應用程式。Java應用程式作為服務系統對CPLD 操作的代理, 首先對預配置的CPLD 進行測試, 檢測硬體參數是否正確, 並把相關信息送回服務系統, 如果硬體參數滿足配置要求, 則通過JTAG 連線埠傳送POF 檔案, 對CPLD 進行配置。配置結束後, 對配置過的CPLD 進行再次測試, 並把結果送回服務系統。