图1  即插即用的控制器核心模块——PLCcore

在工程实际应用中，商用PLC或专用控制器往往不能满足应用的要求，需要对接口进行扩展，或对功能进行调整，这时候根据应用的需要来定制控制器了。

研发工程师在开发控制器时往往面临来自多方面的挑战，交付时间可能很紧，应用的需求存在变化的可能，研发工作本身还存在不成功的风险。如何在保证开发出高质量的嵌入式系统，同时又能够节约开发周期、减少成本与风险呢？

解决问题的钥匙——PLCcore

德国思泰电子有限公司为客户提供了解决问题的利器，即插即用的控制器核心模块——PLCcore（图1）。该模块整合了控制器需要的所有关键软硬件，比如CPU、存储设备、通讯接口，以及集成了CANopen和以太网通讯的IEC61131-3 PLC 运行时内核，工业级操作系统。

PLCcore是一系列用于控制器开发的核心模块。在这个模块上，集中了所有核心硬件，如处理器、FPGA、内存、总线与主要的I/O接口。面对不同应用的需要，处理器可以是ARM、ColdFire、PowerPC甚至是ATOM。PLCcore模块提供一些标准I/O接口，还可以通过总线方式扩展更丰富的I/O接口。有些PLCcore还提供FPGA芯片用于I/O数据处理，适用于对性能要求很高的控制器。

图2  基于PLCcore-9263的HMI

PLCcore基于Linux操作系统，提供了丰富的软件资源，包括IEC 61131-3运行环境、CANopen通信、以太网通信，涵盖了PLC产品所需要的主要通信方式。同时它还可执行C/C++开发的程序。

为了方便开发与调试，德国思泰电子有限公司提供了PLCcore开发板，及驱动开发套件。PLCcore开发板集成了IEC61131-3开发环境与Linux开发环境，并提供开发板的原理图，用户可以非常方便地开始自己的软件与硬件开发工作，包括编程、调试、评估等。驱动开发套件用于在PLCcore上扩展其它I/O接口后的驱动开发，FPGA程序开发，并与PLC运行时内核无缝连接，使得新增加的I/O接口能够获得与原有I/O接口完全相同的功能。

基于三者的有机组合，用户所需要做的工作主要包括两个方面，一是I/O硬件扩展，二是驱动软件开发。PLCcore是一个面向定制应用优化的核心模块，集成了工业控制器所必须的核心硬件与软件。PLCcore拥有紧凑的、多层PCB设计，具有良好的EMI特性，能够在宽频电噪声环境中使用，并满足-40℃到+85℃的工业应用环境要求。

PLCcore上运行经过优化的Linux操作系统，在性能与可靠性上充分满足工业嵌入式系统的要求，并支持多种访问方式，如Web服务器、FTP服务器、远程访问终端。基于操作系统的支持，PLCcore可以运行二进制可执行程序，并通过共享进程映像技术，二进制程序与PLC程序可以相互通信，在处理不同任务时发挥最大效率。

图3  HMI开发环境

共享进程映像技术建立了Linux可执行程序与PLC程序之间的通信机制，并且此机制的效率可与双端RAM相媲美。基于这个技术，采用C/C++开发的复杂的算法、数据加密、数据视图等任务可以在操作系统级别完成。此外，客户拥有知识产权的核心算法或核心处理技术能被很好地保护。而PLC程序专注于过程处理。下图显示共享过程映像技术在PLC与C/C++程序中的相互访问。通过德国思泰提供的驱动开发套件，新增I/O接口可以很方便集成到这个通信架构中来，包括驱动开发，以源码形式提供的CPLD/FPGA的开发库，用于处理对速度与响应时间要求很高的I/O，例如PWM、计数器或定时器。

PLCcore上的PLC运行时内核支持众多的通信总线，如UART，以太网与CAN。作为一个CANopen管理站，PLCcore并提供了丰富的CANopen协议支持，包括网络管理、节点监控、错误控制等，并可远程操作CANopen从站。在CANopen网络中，过程数据通信非常透明，通过将过程数据映射为网络变量，PLC程序可以像操作本地变量一样方便地操作I/O端口，这给应用程序开发带来极大的方便。

由于PLC运行时内核已经集成到了PLCcore的固件中，销售最终产品时不需要额外支付许可证费用，并且开发板工具集中包含IEC61131-3集成开发环境，最终用户不需要额外购买。因此，使用PLCcore可以节约因PLC运行时开发环境与运行程序所需要的许可费。

图4  C/C++开发环境

基于PLCcore的开发案例

PLCcore可以用于开发工业控制器、工业通信单元或协议转换单元等工业嵌入式产品。

一个典型的应用是在PLCcore-9263基础上开发的HMI产品（图2）。硬件平台采用了德国思泰的PLCcore-9263核心模块，Amtel AT91SAM9263处理器，主频达到240MHz，提供LCD接口，可支持分辨率达800×600（16位色），有触控接口，并支持以太网、CAN等通信接口，可以很方便地与控制器相互通信。

在标准的PLCcore软件功能的基础上，它完成了OpenPCS与SpiderControl的集成，可以提供可视化的界面开发，并可将PLC程序变量映射到到界面元素上，开发者还可以根据应用的要求调整界面元素的颜色、字体、风格等，制作出丰富多彩的图形化人机交互界面（图3）。同时，德国思泰提供基于VMPlay的Linux开发的C/C++语言开发可以使用Eclippse 开发环境（图4）， 并建立了目标机与宿主计算机的存储与网络通信连接，非常方便灵活。另外一个应用案例是澳大利亚Kerndale公司在PLCcore-9263硬件平台上开发的气体监测仪表（图5） 。

图5  气体监测仪表

德国思泰电子有限公司是一个在工业嵌入式设计领域有着20年经验的OEM服务提供商，可以根据客户的需要定制开发面向最终应用的产品，并提供完全的技术转移，客户可以最终完全拥有产品并掌握相关开发技术，并在消化吸收的基础上升级、改进。针对PLCcore，这种服务包括根据应用需要的定制PLCcore相应的载板；将PLCcore核心模块植入到目标设计中，提供一体化PCB设计；提供软件的移植、集成服务。PLCcore系列产品是在面对丰富多样的应用需要时，挑战有限的研发时间与不可预知的开发风险，并节约成本的解决方案。