Xilinx Virtex-4 jako platforma rozwojowa jednostek centralnych PLC

Artykuł prezentuje koncepcję platformy sprzętowo-programowej umożliwiającej testowanie różnych rozwiązań konstrukcyjnych jednostek centralnych sterowników programowalnych. Platforma do testowania jednostek bazuje na układzie FPGA Virtex-4 oraz opracowanym dedykowanym oprogramowaniu narzędziowym, umożliwiającym testowanie oraz badania właściwości opracowywanych jednostek. Przedstawiono wybrane dwuprocesorowe bitowo-bajtowe jednostki spotykane w literaturze, zorientowane na maksymalnie efektywne wykorzystanie obydwu procesorów. Szczególną uwagę zwrócono na szybkość wykonywania programu sterowania oraz funkcjonalność jednostki.

To develop fast central processing units (CPUs) of programmable logic controllers (PLC) one can employ the architecture with two processors: a bit and a byte processor. The bit processor shall be responsible for processing the bit variables, while the byte processor shall be meant to deal with the byte (word) variables [1, 2, 3, 4, 5, 6]. In case of the double-processor architecture it is extremely important to synchronize operation of data exchange between the processors. The literature references report various synchronization methods [9, 10, 11, 12] that are described in Section 3. Sections 4 and 5 outline the combined hardware and software platform intended to enable testing and comparison between various architectures of CPUs. The presented solution employs a programmable FPGA module from the Virtex-4 family [7, 8], that are described in Section 2. The newly developed software enables compilation of application programs dedicated for the presented architecture. To develop programs for the presented solution the authors used the assembler-type programming language very similar to STL language that is normally applicable to STL controllers from Siemens [13, 14]. The software developed for PC computers make it possible to define new instructions for processors both on hardware and software levels (Fig. 1). The presented solution takes advantage of components that are typical for FPGA modules, such as BockRAM memory units (Fig. 2). The presented platforms enable further research and development efforts intended to design fast CPUs for programmable logic controllers.