運營現代化的工廠和加工車間，在技術上都非常複雜。為(wei) 實現對機械設備和生產(chan) 過程的精確控製，生產(chan) 企業(ye) 需要采用最新係列的傳(chuan) 感器、致動器以及伺服係統。作為(wei) 添加技術以獲得精確控製功能優(you) 勢的範例，各個(ge) 聯網與(yu) 自動化層現已通過連接至IT網絡的控製網絡添加到工廠生產(chan) 車間，它們(men) 可提供商業(ye) 信息與(yu) 策略，這些信息和策略轉而推動生產(chan) 決(jue) 策的製定。

　　這種網絡化的集中工業(ye) 控製模式使得技術人員與(yu) 工業(ye) 控製工程師能夠訪問豐(feng) 富的數據，以便對工廠運營過程進行觀察、微調和優(you) 化。工廠廠長與(yu) 企業(ye) 高管隻需瀏覽一下儀(yi) 表盤便能全麵了解整個(ge) 工廠的工作效率。

　　在過去，處理過程都是采用手動控製，工廠的每個(ge) 環節也都是獨立運作的。通過訪問描述工廠實際運營狀態的實時數據，管理人員能夠更好地了解工廠的日常運行情況，並根據實時負載來調整商業(ye) 策略。

　　從(cong) 孤立節點到全麵聯網設施已經曆了若幹年的逐漸轉變。這種轉變大多是特定性或無計劃的，當前工業(ye) 控製設計的各個(ge) 方麵仍將重點緊密地放在其自身總線、網絡以及控製器的特殊分類上，因此產(chan) 生了分離的工業(ye) 控製係統設計。

　　盡管現在已經有了從(cong) 上到下統一的聯網工業(ye) 控製模式，但如果以從(cong) 下往上的角度去看，也就是從(cong) 每個(ge) 部分的中央處理單元來看，就顯得非常零散了。迄今為(wei) 止，可高效運行在控製底層所有層麵上的單個(ge) IC處理器架構根本是不存在的。

　　處理器技術的最新發展為(wei) 設計人員在統一的工業(ye) 控製模型下實現創新帶來了良機。通過在控製的各個(ge) 層麵對性能、功能及通信要求作仔細分析，利用統一的標準處理器內(nei) 核架構，設計人員不但能夠以極具競爭(zheng) 力的價(jia) 格獲得最優(you) 解決(jue) 方案，而且還可以通過軟件複用來降低軟件的開發成本，並大幅縮短設計周期。

　　控製層次

　　典型的工業(ye) 控製係統可被描述成一個(ge) 4層的分層結構：傳(chuan) 感器和致動器，用來監控工業(ye) 過程、報告狀態信息以及在需要時用來改變狀態；電動機以及諸如#p#分頁標題#e#電感加熱器之類的其它係統，用來實現生產(chan) 過程或運作狀態的改變；對傳(chuan) 感器節點傳(chuan) 送的信息進行分析並向驅動係統發出指令以實現所需改變的各種控製，包括用來連接設備的可編程邏輯控製器（PLC）網絡與(yu) 可編程自動化控製器（PAC）網絡；人機界麵（HMI）模塊和顯示屏，為(wei) 工程技術人員提供算法處理過的可視工廠狀況。

　　直到今天，還沒有一種軟件兼容的處理器架構能夠以高性價(jia) 比來滿足工業(ye) 控製所有4層的需求。設計人員可通過采用一個(ge) 公共的處理器架構來減少必須購買(mai) 的軟件開發工具的數量，提高可複用代碼總量，並在熟悉的開發環境下進行專(zhuan) 項開發。

　　ARM架構是一種免費授權的開放式架構，因此沒有使用權限的問題。作為(wei) 一種開放式架構的優(you) 勢使ARM架構成為(wei) 了一個(ge) 事實標準，為(wei) 開發穩健、多樣化的、全球第三方軟硬件生態係統奠定了基礎。

　　作為(wei) 嵌入式處理領域的領先者，ARM公司提供了能夠滿足工業(ye) 控製各層性能要求的多種處理器內(nei) 核。內(nei) 核的革命性發展促進了軟件的兼容性與(yu) 架構的連續性。從(cong) Cortex-M3內(nei) 核到Cortex-A8處理器的升級具有完全的軟件兼容性，因而能更輕鬆地開發具有通信功能的控製係統，這些通信功能僅(jin) 需一次開發和測試就可運行在多種性能下。需要注意的是，一些ARM內(nei) 核已集成了支持確定性行為(wei) 與(yu) 多任務處理等工業(ye) 控製功能的硬件。

　　雖然內(nei) 核提供了一個(ge) 不錯的起點，但整合了ARM架構內(nei) 核的微控製器（MCU）與(yu) 微處理器（MPU）還必須提供集成外設和存儲(chu) 器選項的適當組合。隨著工業(ye) 控製範疇中的應用不斷增加，這種要求轉變成為(wei) 一種對大型產(chan) 品係列的需求，包括各種價(jia) 格、性能以及功能的解決(jue) 方案。

　　最後，可簡化開發過程並使代碼複用最大化的專(zhuan) 業(ye) 級軟件開發工具對幫助設計人員實現采用統一架構模型的控製係統具有十分重要的意義(yi) 。

　　用來說明ARM內(nei) 核的靈活性與(yu) 應用範圍，以及確定麵向分立控製功能的MCU與(yu) MPU外設正確組合的最佳方法，就是分析圖1所示的控製層次各層的要求。

　　圖1：自動化工廠具有4個(ge) 基本的生產(chan) 過程控製層#p#分頁標題#e#

人機界麵（HMI）

　　從(cong) 處理角度來看，對位於(yu) 控製層次頂層的HMI要求是最高的。

　　具備觸摸屏按鈕、滑動條以及基本2D圖形的基本用戶界麵可由MCU（例如基於(yu) ARM Cortex-M3的MCU）來處理。除此之外，還需要有高級操作係統，並且用戶界麵解決(jue) 方案要從(cong) MCU轉變成MPU。

　　在自動化設備中，通過遠程控製站工作的操作人員需要盡可能多地監控和觀察工廠車間情況。要實現全麵的觀測，就需要3D圖形和視頻等全新的圖形功能。例如，讓操作人員觀察分布式工業(ye) 控製係統的方法之一，就是通過點擊顯示器上特定機械或部位的標簽來進行訪問。

　　高級HMI不但能夠顯示算法處理的數據、2D與(yu) 3D圖形以及由工廠車間監控攝像機傳(chuan) 送的視頻，而且還可在窗口中顯示重要流程或生產(chan) 指標。縮放、渲染以及窗口顯示是高級HMI的普通功能。觸摸屏、小鍵盤以及語音均是可選的輸入類型，而所有這一切都需要MPU的接口或外設支持。

　　與(yu) 生產(chan) 車間操作進行高級交互非常重要，其中包括監控攝像機的轉換視圖、需求的請求報告，以及發出改變流程或裝配線的命令。控製台可輕鬆接收和處理來自基本控製網絡層的數百個(ge) 設備的數據。

　　從(cong) 處理器角度來看，在這種高級層麵上的互動需要處理器具有內(nei) 置視頻圖形功能、豐(feng) 富的I/O選項以及超強的處理能力。同樣，在選擇合適的處理器時，需重點考慮是否提供適當的外設與(yu) 軟件庫。

　　具備所有上述條件的處理器寥寥無幾，它們(men) 都基於(yu) ARM Cortex-A8架構。在本文的後麵將介紹這些處理器的特定外設、接口以及性能參數。

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　　圖2：基於(yu) Cortex-A8的Sitara AM35x係列MPU模塊圖