CN101866146B - 输入/输出模块及其应用的控制系统与其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种输入/输出模块及其应用的控制系统与其运行方法，该输入/输出模块形成有一功能硬件电路且包括：一信息数据库、一硬件设定单元及一微处理单元。信息数据库是依据输入/输出模块所能形成的多种功能硬件电路而分别存储至少一功能描述信息，硬件设定单元是依据目前输入/输出模块的功能硬件电路来设定产生一识别信号。微处理单元是执行一固件程序，并且连接硬件设定单元以用来接收识别信号。固件程序即会依据识别信号来搭载信息数据库中相对应的功能描述信息，并且致能所搭载的功能描述信息来呈现一目的功能。当功能硬件电路在设计时有改变的话，仅需通过硬件设定单元的调整。借以减轻固件程序管理上的负担，并且降低固件程序维护上的困扰。

Description

输入/输出模块及其应用的控制系统与其运行方法

技术领域

本发明涉及一种输入/输出模块，特别涉及一种可以依据本身硬件差异来自动调整功能的输入/输出模块及其应用的控制系统与其运行方法。

背景技术

随着科技的快速发展，电子产品的研发周期越来越讲求时效性，以适应市场上的需求。从事研发生产的厂商都可以了解，在研发过程中为了适应不同硬件产品的设计，其中固件(Firmware)的版本也就会有所不同，甚至不同硬件产品之间仅有些微功能的差异，而大部分仍是相同的功能，但也就必需产生另一版本的固件来搭配。而随着固件版本越来越多，间接的也就会造成日后在维护上的困扰，让研发人员徒增工作时程，浪费不必要的时间。

而在工业控制领域中也是相同的道理，目前工业用控制器，例如可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，其相当于是由计算机所构成，并且其可搭配不同的输入/输出模块(I/O Module)来进行接收(输入)及发送(输出)多种形态的电气或电子信号，以达到通过数字或模拟输入/输出模块来控制机器设备、制造处理流程、及其它控制模块的电子系统。因此，在工业控制领域中，输入/输出模块也就可视为是一个搭配固件运行的产品。

其中，假设不同的输入/输出模块之间是具有部分类似的功能，而当研发人员有新功能欲增加或有错误欲修正时，就必须一并将所有版本的固件加以进行修改，而这对制造输入/输出模块的厂商而言，在无形中就会浪费许多人力资源，并且在进行大批不同版本的固件修改过程中，也就容易会导致出错的情形。此外，若修改后，不同版本的固件之间存在有部分的差异点的话，则将也会使不同输入/输出模块之间的品质及稳定度产生不一致。

因此，针对目前公知在输入/输出模块的固件开发及管控上，确实有进一步加以改善的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，通过输入/输出模块的改良，使其能搭配具有单一架构的固件来运行，并且在设计上该单一架构的固件是得以随着输入/输出模块的实际硬件差异来搭载适合的功能描述信息，借以让同一架构的固件即能够适应不同输入/输出模块的硬件而呈现出不同的功能。

为了解决上述问题，根据本发明所提出的一方案，提供一种输入/输出模块，形成有一功能硬件电路，该输入/输出模块包括：一信息数据库、一硬件设定单元、一微处理单元及一周边电路。其中，信息数据库是依据输入/输出模块所能形成的多种功能硬件电路而分别对应存储至少一功能描述信息，硬件设定单元是依据目前输入/输出模块的功能硬件电路来设定产生一识别信号。而微处理单元是执行一固件程序，并且连接硬件设定单元以用来接收识别信号。该周边电路，连接该微处理单元，并且该周边电路与该微处理单元搭配组成该输入/输出模块的该功能硬件电路。其中，固件程序即会依据识别信号来搭载信息数据库中相对应的功能描述信息，并且致能所搭载的功能描述信息来呈现一目的功能。

为了解决上述问题，根据本发明所提出的另一方案，提供一种控制系统，该控制系统是包含一如上述方案的输入/输出模块，并且控制系统得以依据输入/输出模块的功能硬件电路以及其中固件程序所对应呈现的目的功能来控制至少一受控装置。

为了解决上述问题，根据本发明所提出的再一方案，提供一种输入/输出模块的运行方法，其步骤包括：首先，载入一信息数据库，其中信息数据库是依据输入/输出模块所能形成的多种功能硬件电路而分别对应存储至少一功能描述信息。接着，进行取得一依据目前输入/输出模块的功能硬件电路而产生的识别信号，并进而依据识别信号来搭载信息数据库中相对应的功能描述信息。最后，致能所搭载的功能描述信息来呈现一目的功能。

借此，本发明所能达到的功效在于，当输入/输出模块的功能硬件电路在设计时有改变的话，仅需通过硬件设定单元的调整，其中的固件程序即会进行适应而呈现与该功能硬件电路相符的功能。借此，在不同的输入/输出模块之间便能共同使用同一个架构的固件程序，借以减轻固件程序管理上的负担，并且降低固件程序维护上的困扰，让研发人员在开发上若有新增或修改时，就不需再浪费时间来对所有版本的固件程序进行重复性的修改。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其他目的及优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。

附图说明

图1为本发明控制系统的应用实施例方块图；及

图2为本发明输入/输出模块的运行方法实施例流程图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1控制系统

10输入/输出模块

100功能硬件电路

101信息数据库

102硬件设定单元

103微处理单元

1031固件程序

104周边电路

105连接接口单元

11计算机

111通信接口单元

112接口数据库

113操作设定单元

2受控装置

3信号产生装置

S201～S211流程图步骤说明

具体实施方式

本发明的输入/输出模块是用于工业控制领域，并且在实际应用上是会搭配连接计算机来形成工业用控制器，例如：可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)，也就是以下实施例所述的控制系统，借以进行控制机器设备、制造处理流程、及其它控制模块的电子系统。此外，实际上针对整体控制条件的不同(如：受控物件不同)，控制系统中所搭配的输入/输出模块也就会有所不同，并且一个控制系统也有可能会搭配有多个不同功能的输入/输出模块来达到控制的需求。

而本发明是通过输入/输出模块的改良，使其能搭配具有单一架构的固件程序来运行，并且在设计上固件程序是得以随着输入/输出模块的实际功能硬件电路改变而来自动搭载适合的功能描述信息，让同一固件程序搭配在不同输入/输出模块的硬件时，即能呈现出不同的功能。

请参考图1，为本发明控制系统的应用实施例方块图。如图所示，本实施例所提供的一种控制系统1是包括一输入/输出模块10及一计算机11。其中，在输入/输出模块10的部分，其包括：一信息数据库101、一硬件设定单元102、一微处理单元103、一周边电路104及一连接接口单元105。并且在实际设计上，输入/输出模块10是得以依据不同的控制功能而设计形成有不同的一功能硬件电路100，而其中的功能硬件电路100也就如图1虚线部分所示的是由微处理单元103连接周边电路104来搭配设计组合而成。另外，在计算机11的部分则是进一步包含：一通信接口单元111、一接口数据库112及一操作设定单元113。

首先，先就输入/输出模块10的架构来加以说明。信息数据库101在设计上是依据输入/输出模块10所能设计形成的多种功能硬件电路100而分别对应存储至少一功能描述信息。其中，功能描述信息在软件设计领域来讲，即是指用来描述功能动作的相关程序，并且每一种功能硬件电路100更是可以对应有一个以上的功能描述信息。而附带一提的是，若输入/输出模块10所能设计形成的功能硬件电路100越多，信息数据库101中所预先存储的数据也就会越多，并且也就越能适用于日后输入/输出模块10的变化。因此，较佳的设计状态是能依据经验来事先估测未来输入/输出模块10所会产生的硬件变化，并进而预设存储相关的功能描述信息。

硬件设定单元102是依据目前输入/输出模块10实际设计的功能硬件电路100来设定产生一识别信号。并且，硬件设定单元102是可例如采用自动设定或手动设定的方式来设计。其中，若是采用自动设定的话，则硬件设定单元102是可设计为单芯片控制器，而单芯片控制器便是得以自动依据实际设计的功能硬件电路100的差异而产生不同的识别信号；而若是采用手动设定的话，则硬件设定单元102可例如是设计为排针接脚(Jumper)，而让使用者自行依据功能硬件电路100来跳接排针，以输出不同的识别信号。当然，本领域普通技术人员应可了解，识别信号的定义必须要事先进行定义，而在信息数据库101中也需加以对应设计以利查询比对。

微处理单元103是连接硬件设定单元102以接收识别信号，并且微处理单元103在设计上是具有一内建存储器(图未示)，用来存储一固件程序1301。于是，微处理单元103在运行时即会执行固件程序1301，使固件程序1301是依据识别信号来搭载信息数据库101中相对应的功能描述信息，并进而致能该所搭载的功能描述信息来呈现一目的功能，以适应输入/输出模块10的功能硬件电路100。其中，固件程序1301即是依据前述的识别信号的定义来查询比对信息数据库101，以找到相对应的功能描述信息来进行搭载。此外，由于不同的输入/输出模块10之间可能有部分基本的电路及功能是相同的，因此固件程序1031是预设具有一基本功能描述信息，以让固件程序1031运行时即可直接致能基本功能描述信息而呈现一基本功能来适应输入/输出模块10共通的一基本电路(图未示)。

补充说明的是，上述信息数据库101在设计上可如图1所示是采用外接方式来连接微处理单元103，当然另外也可以设计是直接内建于微处理单元103中，以较节省硬件上的空间。

连接接口单元105是连接微处理单元103，并且用来连接计算机11的通信接口单元111，用以传输微处理单元103及计算机11之间的信号。其中，连接接口单元105与通信接口单元111之间是可采用有线或无线的连接方式来进行连接，例如：通过网际网络(有线/无线)、串列标准(RS-232、RS-422、RS-432或RS-485)、通用接口总线(GPIB)或IEEE 1394等公制协议来连接。此外，在连接设置上，输入/输出模块10除了如图1所示是采用外接于计算机11的连接方式之外，也可直接是采用设置于计算机11内部的连接态样(此方式图未示)。

接着，再针对计算机11的架构来加以说明。通信接口单元111是用来连接输入/输出模块10的连接接口单元105。而接口数据库112的设计原理是与之前所述的信息数据库101一样，也是必须预先依据输入/输出模块10所能设计形成的多种功能硬件电路100而分别对应存储一操作接口(图未示)。

操作设定单元113则是用来提供给使用者进行操作的接口，一般是采用图形使用者接口(Graphic User Interface，GUI)的设计以方便操作。操作设定单元113是连接通信接口单元111及接口数据库112，用以通过通信接口单元111来取得输入/输出模块10的微处理单元103所接收的识别信号，并且再依据识别信号来搭载接口数据库112中相对应的操作接口，以能够适应输入/输出模块10的功能硬件电路100而提供相对应的操作接口给使用者操作设定。于是，使用者可以通过操作设定单元113所搭载的操作接口来进行操作设定，以对目前输入/输出模块10的功能硬件电路100设定产生一运行程序来达到控制输入/输出模块10之运行的作用。

如此一来，控制系统1在通过输入/输出模块10及计算机11建构设计之下，并且再搭配连接适合的至少一受控装置2，即可用来控制相关的作业流程。而在控制系统1的运行上，由于此时计算机11的操作设定单元113与输入/输出模块10的功能硬件电路100以及固件程序1031所呈现的功能都已是相互对应的，因此使用者即可通过计算机11的操作设定单元113来设定产生运行程序，并通过输入/输出模块10的功能硬件电路100及固件程序1031所对应呈现的目的功能来控制受控装置2。借以达到控制作业流程的目的。

此外，若实际所控制的作业流程需额外的输入信号来搭配时，则输入/输出模块10在功能硬件电路100有支持之下也可进一步连接至少一信号产生装置3，以接收信号产生装置3所产生的一辅助控制信号，来完成作业流程的控制。其中，信号产生装置3并不限制是为数字信号产生装置或模拟信号产生装置，例如：切换开关、计时器等。当然，上述的受控装置2及信号产生装置3在应用上也不限制是为本地装置或远端装置。

除了上述控制系统1的架构说明之外，为了对本发明做进一步的详细介绍，接下来再单独针对输入/输出模块10的运行部分来做说明，请基于上述的输入/输出模块10的架构来参考图2，为本发明输入/输出模块的运行方法实施例流程图。如图所示，本实施例提供一种输入/输出模块的运行方法，首先，载入一信息数据库，如步骤S201，其中信息数据库是依据输入/输出模块所能设计形成的多种功能硬件电路而分别对应存储至少一功能描述信息。接着，取得一依据目前输入/输出模块的功能硬件电路而产生的识别信号，如步骤S203，其中该识别信号的产生已于图1之实施例中说明，在此就不再加以赘述。

紧接着依据识别信号来查询信息数据库，以判断识别信号是否建立存储于信息数据库，如步骤S205。若步骤S205的判断结果为是，则表示预先设计存储的信息数据库中有符合目前输入/输出模块的功能硬件电路的相关功能描述信息。于是，输入/输出模块中所执行的固件程序便会依据识别信号来搭载信息数据库中相对应的功能描述信息，如步骤S207。并且再致能该所搭载的功能描述信息来呈现一目的功能，如步骤S209。而在此同时，由于固件程序中通常会内建有一基本功能描述信息来适应输入/输出模块的基本电路，因此也就会一并致能基本功能描述信息来呈现一基本功能，如步骤S211。

而若步骤S205的判断结果为否，则表示预先设计存储的信息数据库中并没有符合目前输入/输出模块的功能硬件电路的相关功能描述信息，或者是表示在识别信号的判断上产生错误。于是，便仅会执行步骤S211，以单纯致能基本功能描述信息来呈现基本功能。借此，以完成本实施例的输入/输出模块的运行。

综上所述，本发明当输入/输出模块的功能硬件电路在设计上有改变时，仅需通过硬件设定单元的调整，输入/输出模块中的固件程序以及计算机中的操作设定单元便会自动进行适应搭载而呈现与目前该功能硬件电路相符的功能及操作接口。借此，在不同的输入/输出模块之间便能通用同一个架构的固件程序，让研发人员在开发上若有新增或修改时，就不需再浪费时间来对所有版本的固件程序进行重复性的修改，借以减轻固件程序管理上的负担，并且降低固件程序维护上出错的机会。进而让不同功能的输入/输出模块之间的品质及稳定度较为一致。

以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明及附图而已，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以所附的权利要求为准，任何本领域普通技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本发明所界定的权利要求。

Claims (13)

1.一种输入/输出模块，其特征在于，形成有一功能硬件电路，该输入/输出模块包括：

一信息数据库，依据该输入/输出模块所能形成的多种该功能硬件电路而分别对应存储至少一功能描述信息；

一硬件设定单元，依据目前该输入/输出模块的该功能硬件电路来设定产生一识别信号；及

一微处理单元，执行一固件程序，并且连接该硬件设定单元以接收该识别信号；及

一周边电路，连接该微处理单元，并且该周边电路与该微处理单元搭配组成该输入/输出模块的该功能硬件电路；

其中，该固件程序依据该识别信号来搭载该信息数据库中相对应的功能描述信息，并且致能该所搭载的功能描述信息来呈现一目的功能。

2.如权利要求1项所述的输入/输出模块，其特征在于，所述的固件程序预设具有一基本功能描述信息，并且致能该基本功能描述信息来呈现一基本功能。

3.如权利要求1所述的输入/输出模块，其特征在于，所述的信息数据库内建于该微处理单元。

4.如权利要求1所述的输入/输出模块，其特征在于，进一步包含：

一连接接口单元，连接该微处理单元，并且用来连接一计算机的一通信接口单元，用以传输该微处理单元及该计算机之间的信号。

5.如权利要求4所述的输入/输出模块，其特征在于，所述的连接接口单元以有线或无线的连接方式来连接该通信接口单元。

6.一种具有如权利要求1所述的输入/输出模块的控制系统，其特征在于，所述的控制系统依据该输入/输出模块的该功能硬件电路以及该固件程序所对应呈现的目的功能来控制至少一受控装置。

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，进一步包含一计算机，而该计算机包括：

一通信接口单元，连接该输入/输出模块；

一接口数据库，依据该输入/输出模块所能形成的所述多种功能硬件电路而分别对应存储一操作接口；及

一操作设定单元，连接该通信接口单元及该接口数据库，用以取得该微处理单元所接收的该识别信号，并且依据该识别信号来搭载该接口数据库中相对应的操作接口；

其中，该操作设定单元通过该所搭载的操作接口来对目前该输入/输出模块的功能硬件电路设定产生一运行程序，以控制该受控装置。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述的输入/输出模块进一步包含：

一连接接口单元，连接该微处理单元及该通信接口单元，以传输该微处理单元及该计算机之间的信号。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述的连接接口单元以有线或无线的连接方式来连接该通信接口单元。

10.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述的固件程序预设具有一基本功能描述信息，并且致能该基本功能描述信息来呈现一基本功能。

11.一种输入/输出模块的运行方法，其特征在于，步骤包括：

载入一信息数据库，其中该信息数据库依据该输入/输出模块所能形成的多种功能硬件电路而分别对应存储至少一功能描述信息；

取得一依据目前该输入/输出模块的功能硬件电路而产生的识别信号；

依据该识别信号来搭载该信息数据库中相对应的功能描述信息；及

致能该所搭载的功能描述信息来呈现一目的功能。

12.如权利要求11所述的输入/输出模块的运行方法，其特征在于，进一步包含：

判断该识别信号是否建立存储于该信息数据库；

其中，若判断该识别信号的结果为否，则致能预设的一基本功能描述信息来呈现一基本功能；

其中，若判断该识别信号的结果为是，则除了依据该识别信号来搭载及致能该信息数据库中相对应的功能描述信息之外，并且也进行致能该基本功能描述信息。

13.如权利要求11所述的输入/输出模块的运行方法，其特征在于，所述的识别信号是由一硬件设定单元来设定产生。

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