CN106133626B - 用于运行自动化设备的方法，用于在方法的框架中使用的处理器和根据该方法工作的自动化设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行自动化设备(18)的方法，其包括用于直接执行功能模块(10)的处理器(20)，以及一种在该方法的框架中适合使用的以及根据该方法工作的装置，即处理器(20)以及具有这样的处理器(20)的自动化设备(18)，其中，通过研发环境(16)作为自动化解决方案的组成部分选择出的功能单元(10)通过研发环境(16)转换成各一个编码区块(28)，其中，编码区块(28)包括相应于相应的功能模块(10)的类型的类型标识(26)，其中，相应的功能模块(10)的输入和输出(12，14)映射到在编码区块(28)中能同时使用的处理器寄存器(24)中，其中，为了执行自动化解决方案通过借助于处理器(20)读取各一个编码区块(28)以及接下来执行编码区块(28)来处理多个编码区块(28)，其中，编码区块(28)的执行包括根据编码区块(28)的类型标识(26)从多个由处理器(20)包括的功能单元(30‑34)中选出一个功能单元(30‑34)以及利用在编码区块(28)中说明的处理器寄存器(24)激活选择出的功能单元(30‑34)。

Description

用于运行自动化设备的方法，用于在方法的框架中使用的处 理器和根据该方法工作的自动化设备

技术领域

本发明涉及一种用于运行自动化设备的方法、一种用于在方法的框架中使用的处理器和根据该方法工作的自动化设备。

背景技术

自动化设备和用于其运行的方法自身是已知的。在接下来的描述中，定义“自动化设备”包括全部的设备、装置或者系统，也就是例如存储器可编程的存储器、处理计算器、(工业)计算机和类似物的形式的自动化计算机以及处理管理系统(管理技术系统)，如其用于控制、调节和/或监控技术过程，利用用于对材料、能量或者信息等等进行改形和输送，其中，尤其是通过合适的技术装置，例如像传感器或者作动器来消耗和转换能量。

特别是在处理管理系统的范畴中使用了自动化计算机，其功能通过常常也被描述为研发环境(工程规划系统)的项目系统通过与标准模块(调节、计算和逻辑功能)的图形链接来确定。在此全部被规划的功能在接下来被描述为自动化解决方案并且其为了相应的计算过程的自动化而在一个或者多个为此设置的并且作为自动化设备中起作用的自动化计算机中加载并在那里循环地实施。

至今为止，在此基本上使用两种方法：在第一种方法中-接下来简短地描述为翻译器解决方案-每个被规划的功能被转换成运行列表，所有包含在其中的模块功能都被列入到其工作顺序中以及描述在单个功能和其参数化之间的数据流。该运行列表在自动化计算机中进行解释。在第二方法中-接下来简短地描述为编译器解决方法-每个被规划的功能都通过转译过程直接转换成能执行的机器编码，其然后通过自动化计算机的处理器执行。

利用翻译器解决方案，规划能够较灵活和快速地改变，并且不需要目标系统特定的编译器。利用编译器解决方案实现了较高的执行速度，因为放弃了翻译器层级。

不仅在翻译器解决方案中而且在编译器解决方案中，为了执行各个模块功能相应地需要执行多个处理器命令。待执行的处理器命令的数量在翻译器解决方案中是最高的，因为在编译器的方案中因为中间连接的转译步骤的原因而降低了必须的处理器命令的数量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种另外的方法，用于在执行事先规划的功能时运行自动化设备，以及一种根据该方法工作的自动化设备，尤其是一种方法，在该方法中待执行的处理器命令的数量即使与编译器解决方案相比还要明显地降低。

该目的通过具有权利要求1的特征的、用于运行自动化设备的方法以及具有权利要求5的特征的处理器和具有权利要求7的特征的自动化设备来实现。

在根据本发明的方法中，自动化设备包括进一步在下面以附加的细节描绘的、用于直接执行功能模块的处理器。该方法在对自动化解决方案进行设定时实施。在该方法中，通过研发环境选择出的作为自动化解决方案的功能模块自动地通过研发环境转换成各一个编码区块。编码区块包括相应于相应的功能单元的唯一的类型标识。由编码区块包括的类型标识也就是说明了作为基础的功能模块的类型。相应的功能模块的输入和输出通过研发环境在编码区段中自动地映射到能同时使用的处理器的处理器寄存器中。处理器为此包括多个处理器寄存器。在这样的处理器的第一实现的情况中，作为处理器寄存器例如实施1000个二进制寄存器和250个浮点寄存器。为了执行自动化解决方案，通过借助于处理器读取各一个编码区块以及接下来借助处理器执行编码区块来处理多个编码区块。各一个编码区块的执行包括根据相应编码区块的类型标识从多个由处理器包括的功能单元中选出一个功能单元以及利用在编码区块中说明的处理器寄存器激活选择出的功能单元。

在该方法中使用的根据本发明的、用于直接执行在自动化解决方案的描述中使用的功能单元的处理器的特征一方面在于多个处理器寄存器，以例如上述的量级的处理器寄存器的数量，以及多个用于执行不同类型的功能模块的功能单元。处理器寄存器的内容能处理器内部地和自动地通过由处理器包括的多路复用器指派给各一个功能单元。

为了实现上述目的而提出的制动化设备的特征在于一种用于执行在此和接下来描述的方法的装置。接下来以另外的细节描述的处理器作为用于执行该方法的装置起作用。

上述的目的同样通过具有至少一个这种类型的自动化设备的系统以及以软件实施的研发环境来实现，被规划的自动化解决方案通过其转换成能通过处理器处理的形式。研发环境的为此所需的功能性同样以软件实施。本发明就此而言还是具有能通过计算机执行的程序编码指令的计算机程序并且另一方面是具有这种类型的计算机程序的存储器媒介，也就是具有程序编码件的计算机程序产品，以及最后还是一种自动化设备，例如以所谓的编程设备的形式的自动化设备，在其存储器中加载有或者能加载作为用于执行该方法和其设计方案的机构的这样的计算机程序。

本发明的优点在于，即相比开头概略地描述的已知方法，在那里用于处理被规划的自动化功能必须的解释层和翻译过程，这通过定义处理器来实现，该处理器可以执行直接作为处理器命令列表的被选出的显示形式。

本发明的优选的设计方案是从属权利要求的内容。在此使用的引用关系通过相应的从属权利要求的特征指明了独立权利要求的内容的另外的设计方案。其不应被理解为对用于引用的从属权利要求的特征组合的理所当然的、客观的保护的获取的放弃。此外，在权利要求的设计方面在后面的权利要求中的特征的进一步具体化时由此出发，即不存在在相应的前面的权利要求中的这样的限制。最后，在此指明，即在此给出的方法也能相应于从属的装置权利要求进行改进并且反之亦然。

在方法的一个实施方式中，在将作为自动化解决方案的组成部分选出的功能模块转换成各一个编码区块时，接下来的步骤自动地通过在设定自动化解决方案时使用的研发环境执行：一方面，基于作为基础的功能模块为相应的编码区块指派唯一的类型标识，从而使得编码区块包括关于作为基础的功能模块的类型的能自动解释的信息。另一方面，为相应的编码区段指派处理器的单个的、能同时使用的处理器寄存器的参考。通过这种方式，作为基础的功能模块的输入和输出被映射到各个单个的处理器寄存器中，其中，研发环境自动地管理可用的处理器寄存器并且已经使用的处理器寄存器-从进一步在下面描述的特殊情况看-在将功能模块转换成编码模块是不多次使用。

在该方法的一个实施方式中，在执行一个编码区块时，在该编码区块中说明的处理器寄存器的内容通过由处理器包括的多路复用器加载到单独的、对应于处理器的功能单元的电池(电池寄存器)中。

在适于执行这样的方法的处理器的实施方式中，其中，处理器寄存器的内容能通过多路复用器指派给各一个功能单元，处理器具有多个指派给每个功能单元的电池。通过多路复用器能将处理器寄存器的内容加载到各一个指派给功能单元的电池中，由此处理器寄存器的内容相对于各一个功能单元的对应关系通过多路复用器实现。

电池借此同样作为在刚好一个功能单元和处理器寄存器之间的接口起作用并且每个功能单元被指派有多个电池。在这样的处理器的第一实现时，为每个功能模块执行用于二进制数据的32个电池和用于浮点数据的16个电池。在相应的功能单元的电池中加载处理器寄存器的内容之后，功能单元能够被激活。功能单元然后执行相应的编码区块并进而执行作为基础的功能单元。

在方法的另一个实施方式中，通过研发环境基于各一个作为基础的功能模块生成的编码区块被集合到运行列表中，并且借助处理器来循环地执行该编码区块，这由此实现，即逐步地处理各一个编码区块并且在运行列表的最后以第一编码区块的处理来再次开始运行列表的循环执行。通过将编码区块集合到运行列表中以及其循环执行，自动化程序的在此提出的形式利用能够由处理器直接执行的和代表各一个功能模块的程序命令、也就是编码模块映射到自动化程序的通常结构中，其同样包括循环执行的运行列表。

总体上，本发明借此也是一种包括研发环境以及在此和接下来描述的类型的自动化设备的系统。研发环境是用于设定自动化解决方案的计算机程序或者计算机程序的组合。研发环境还包括作为计算机程序的程序编码件，其用于将作为自动化解决方案的组成部分选出的功能模块自动地转换成各一个编码模块。作为这样地自动转换的结果，产生的编码区块的包括基于作为基础的功能模块的唯一的类型标识以及自动化设备的处理器的单个的、能同时使用的处理器寄存器的参考。对于自动化解决方案的每个功能模块来说，通过这种方式生成编码区块，并且产生的编码区块或者多个产生的编码区块通过自动化设备借助于在此和接下来描述的特定的自动化设备的处理器实施。

接下来，本发明的实施例根据附图进一步描述。彼此相应的物体或者部件在说有的附图中具有相同的参考标号。

该实施例或者每个实施例不能被理解为对本发明的限制。更多的是，在本公开的范畴中还完全可以进行改变和修改，尤其是这样的变体方案和组合，在该目的的解决方案方面，本领域技术人员尤其例如能够通过各个联系到通常或者特定描述的部分中描述的以及在权利要求和/或附图中包含的特征或者组件或者方法步骤的组合和转变而获得并且通过能组合的特征获得新的内容或者新的方法步骤或者方法步骤顺序。

附图说明

图中示出：

图1是作为用于在设定自动化解决方案时应用的(功能)模块的一个实例的UND门电路，

图2是为处理这样的模块而设置的处理器的示意性的简化视图，

图3是用于说明模块的被规划的形式到能由处理器执行的形式的转换图示以及

图4是具有根据图2的处理器和相应于自动化解决方案的规划而产生的运行列表的概略图，该列表的内容逐步地通过处理器执行。

具体实施方式

用于控制和/或监控技术过程的自动化解决方案，也就是计算机程序或者计算机程序的集合通常包括多个接下来缩写为模块10的功能模块10并且在图1的图示中示出了作为这样类型的模块10的特别简单的实例的UND门电路。这样的UND门电路包括多个输入12-在此象征性的作为“E1.0”和“E1.1”给出-和至少一个输出14-象征性地以“A1.0”描述。刚好如这样的UND门电路，每个在接下来观察到的模块10也包括至少一个输入12和至少一个输出14。

自动化解决方案的规划以及进而还有这样的模块10的应用基本上以自身已知的方式和方法通过通常描述为研发环境16(图4)的软件实现。在自动化解决方案的规划的框架中，通常使用多个模块10并且彼此链接。在接下来的描绘的简单的可读性方面-但是在没有放弃广泛的普遍性的情况下-其尽可能以模块10的实例以UND门电路的形式-如在图1中所示的那样-进行。

在模块10的规划时，确定模块10的类型(模块类型)和输入12和输出14的相应数量。此外，设置用于执行自动化解决方案的处理器20(图2)，其确定用于对技术过程进行控制和/或监控的自动化设备18的处理器20。这样的处理器20在处理器寄存器存储区域22中具有多个处理器寄存器24，其中，各个处理器寄存器24能够对应于不同的类别。

从接下来描述的特殊情况呢出发，总是当在对自动化解决方案的规划中使用模块10，每个在那里使用的新的输入12都被唯一地分配有一个处理器寄存器24并且每个在那里使用的新的输出14同样都被唯一地分配有一个处理器寄存器24。该对应关系通过由研发环境16包括的软件功能性实现并且为了描述，图3在表格式的图示中示出了由根据图1的模块10包括的多个输入和输出12，14以及其与各一个处理器寄存器24的对应关系，其中被分配的处理器寄存器24通过地址或者类似物明确地识别。在图3中的图示中，其象征性地以在处理器寄存器24的整体性内部明确的并且借此作为地址起作用的数字示出。此外，相应的模块10的模块类型被转换成在接下来描述为类型标识26的唯一的标识-在此示意性地示出为“ID”-。

具有多个在其中使用的模块10的自动化解决方案通过这种方式转换成对应于多个使用的模块10的多个编码区块28并且每个编码模块28都描述了一个能够由处理器20直接执行的命令。

上述的特殊情况在于，各个模块10在其输入上还能被提供常数，例如一个用于执行乘法的模块，其在其输入中的一个上被提供固定的倍增因子。在这样的输入参数的情况中，相应的数字值被直接输入到编码区块28中。替代地址/参考，编码区块28然后包括作为数字值的相应的常数。各个由编码区块28包括的数据在此如此被编码，即直接给出的数字值和地址/参考可以是不同的。

为了通过处理器20直接实现相应的模块10的功能性，其对于每个模块类型来说包括一个自身的功能单元30，32，34(图2)。每个功能单元30-34分别相应包括固定接线形式的至少一个逻辑或者数学运算。在实施源出于UND门电路形式的模块10的编码区块28的中时，例如处理器20的第一功能单元30是激活的。在执行源出于计数器或者类似物形式的模块10的编码区块28时，例如第二功能单元是激活的并且在执行源出于加法器形式的模块10的编码区块28时，例如第三功能单元34是激活的，等等。

在此基本上可能的是，功能单元30-34使用一个或者多个标准运算(未示出)，其在处理器20上完全如功能单元30-34一样实现，从而通过这种方式在复杂的功能性时这样的标准运算提供多个功能单元30-34。处理器20也就是说也许除了功能单元30-34之外还包括固定布线形式的逻辑和/或数学标准运算。

在执行与编码区块28相对应的处理器命令时，相应的功能单元30，32，34通过至少一个由处理器20包括的多路复用器36被提供根据规划设置的多个输入和输出12，14，即在相应的编码区块28中唯一标识的、被指派的处理器寄存器24(参考图3)。为此，每个功能单元30，32，34被分配有多个在此缩写并且相应于通常的术语作为电池40的存储器单元(电池寄存器)。电池40作为在处理器寄存器24和功能单元30-34之间的中间层起作用，更确切地说类似于在栈存储器(堆栈)中放置的计算机程序的局部变量起作用。

通过多路复用器36，在编码区块28中说明的数据、也就是说或者是在那里参考的处理器寄存器24的内容或者在那里输入的常量被加载到相应的功能单元30-34的电池40中。借此，直接提供了对用于作为基础的模块10的“计算”来说必须的数据，并且模块10的执行被降低到一个处理器循环。在此测定的输出值被写入到电池40中并且通过多路复用器36或另外的多路复用器38写回到在编码区块28中说明的处理器寄存器24中，即这样的处理器寄存器24中，其在作为基础的模块10的最初的转换时被选择为输出14的代表(参考图3)。

在执行根据图1的模块10的功能性时，在为电池40提供根据编码区块28的相应内容和在接下来激活处理器20的相应的功能单元30-34之后直接将执行的结果(在此是UND链接的结果)提供到指派给相应的输出14的处理器寄存器24中。

当在信号流方向上跟随一个模块10的模块10(后续模块)的输入12与在信号流方向上之前的模块10(前置模块)的输出14连接时，那么后续模块10的输入12在通过研发环境16的转换的框架中获得前置模块10的输出14的地址，也许是附有数据类型的地址。在图1中示出的具有“A1.0＝E1.0&E1.1”的UND门电路和具有“A5.2＝A1.0&E8.0的另外的门电路(未示出)的实例中，这意味着，即后续模块10的输入12“A1.0”包含在图1中示出的前置模块10的输出14“A1.0”的地址，在此也就是例如地址“#42”(图3)。

在处理器20的特别的设计方案中提出，提供不同的处理器寄存器24并且对数据类型描述地进行分组。在这样的数据类型特定的分组的情况中，处理器寄存器24例如在其位宽上进行区分。因此，能够提供例如二进制的，也就是1位宽的处理器寄存器24以及相应于通常数据类型(字节-8位；词-16位；实型，长整型-32/64位，等等)的处理器寄存器24。

在图4中示出的图示示出了至今说明的总结形式的细节。通过研发环境16，自动化解决方案被设定。自动化解决方案的设定包括多个模块10的使用。每个模块10都通过由研发环境16包括的软件功能性转换成一个编码区块28。自动化解决方案然后是具有各一个用于每个被使用的模块10的编码区块28的运行列表42。运行列表42被循环地执行。在此，确定用于执行自动化解决方案的自动化设备18的处理器20逐步地访问各一个的编码区块28，并且以上述的方式和方法进行执行。每个编码区块28在此都相应于一个处理器命令。

随着处理器命令的读取，一个多路复用器36或者多路复用器36，38通过类型标识26这样地在编码区块28的始端接通，即在编码区块28中参考的处理器寄存器24或者在编码区块28中说明的数据与基于类型标识26选出的处理器20的功能单元30-34的类型特定的(模块类型特定的)运算逻辑连接。

尽管本发明在细节上通过实施例进行了描述和说明，但是本发明并不收到公开的一个或者多个实例限制并且本领域技术人员能够由此推导出另外的变体方案，而不脱离本发明的保护范围。

各个在此提出的说明的前述观点借此可以简短如下地总结：给出了一种运用运行自动化设备18的方法，其包括用于直接执行功能模块10的处理器20，以及给出了一种对于在该方法的框架中的使用来说合适的以及根据该方法工作的装置，即处理器以及具有这样的处理器20的自动化设备18，其中，通过研发环境16作为自动化解决方案的组成部分选择出的功能单元10通过研发环境16转换成相应的编码区块28，其中，编码区块28包括相应于相应的功能模块10的类型的类型标识26，其中，相应的功能模块10的输入和输出12，14映射到在编码区块28中能同时使用的处理器寄存器24中，其中，为了执行自动化解决方案，通过借助于处理器20读取相应的编码区块28以及接下来执行编码区块28来处理多个编码区块28，其中，编码区块28的执行包括根据编码区块28的类型标识26从多个由处理器20包括的功能单元30-34中选出一个功能单元30-34以及利用在编码区块28中说明的处理器寄存器24激活选择出的功能单元30-34。

在此描述的措施的优点尤其在于，至今而至模块功能的执行包括在目标系统特定的标准处理器上的多个处理器命令的执行，而现在，模块功能被降低到一个处理器命令。由此将两个开头描述的至今为止的措施的优点合并。如在翻译器解决方案的情况中一样，在此提出的措施不需要特定的编译器。此外，相对于至今为止的翻译器解决方案，该措施的灵活性以及可能性、变化被执行。如在编译器解决方案那样给出了-相比较于翻译器解决方案-明显提高的执行速度。事实上，能够利用在此提出的措施实现的执行速度部分地还要明显高于能够利用编译器解决方案实现的执行速度，因为模块功能被减低到唯一的处理器命令。最后，用于所谓的故障安全措施的鉴定显著更便宜，因为不再考虑下级的操作系统、编译器以及由模块执行的软件和标准处理器，例如在之前的认证时，通过该认证确定和归档用于故障安全措施的前述组件的资格。

在实际测试处理器20在自动化设备18的组件(I/O组件)的FPGA上的VHDL原型实施形式的在此提出的措施时，处理器20的实施时间与用于相同的运行列表42的标准处理器的以C语言编写的翻译器的实施时间进行比较。在此，在节拍频率相同时，以量级100的因数观察到速度上升。在此提出的措施特别适合于在I/O组件中的应用，该组件具有FPGA模块，因为处理器20能够实施为VHDL模块并且因此能够简单地移植到该环境中。

参考标号列表

10 模块

12 输入

14 输出

16 研发环境

18 自动化设备

20 处理器

22 处理器寄存器存储区域

24 处理器寄存器

26 类型标识

28 编码区块

30 功能单元

32 功能单元

34 功能单元

36 多路复用器

38 多路复用器

40 电池/电池寄存器

42 运行列表

Claims (9)

1.一种用于运行自动化设备(18)的方法，

其中，所述自动化设备(18)包括用于直接执行功能模块(10)的处理器(20)，

其中，通过研发环境(16)作为自动化解决方案的组成部分选择出的功能单元(10)通过所述研发环境(16)转换成各一个编码区块(28)，

其中，所述编码区块(28)包括相应于相应的所述功能模块(10)的类型的类型标识(26)，

其中，相应的所述功能模块(10)的输入和输出(12，14)映射到在所述编码区块(28)中能同时使用的处理器寄存器(24)中，

其中，为了执行所述自动化解决方案，通过借助于所述处理器(20)读取各一个编码区块(28)以及接下来执行所述编码区块(28)来处理多个编码区块(28)，

其中，所述编码区块(28)的执行包括根据所述编码区块(28)的所述类型标识(26)从多个由所述处理器(20)包括的所述功能单元(30-34)中选出一个功能单元(30-34)以及利用在所述编码区块(28)中说明的所述处理器寄存器(24)激活选择出的所述功能单元(30-34)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在将作为自动化解决方案的组成部分选出的功能单元(10)转换成各一个所述编码区块(28)时，通过所述研发环境(16)基于作为基础的所述功能模块(10)为相应的所述编码区块(28)指派唯一的类型标识(26)以及所述处理器(20)的单独的、能同时使用的处理器寄存器(24)的参考。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在执行一个编码区块(28)时，在该编码区块(28)中说明的所述处理器寄存器(24)的内容通过由所述处理器(20)包括的多路复用器(36)加载到单独的、对应于所述处理器(20)的功能单元(30-34)的电池(40)中。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过所述研发环境(16)基于各一个作为基础的功能模块(10)生成的编码区块(28)被集合到运行列表(42)中，并且其中借助所述处理器(20)通过逐步地处理各一个编码区块(28)来循环地执行所述运行列表(42)。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，通过所述研发环境(16)基于各一个作为基础的功能模块(10)生成的编码区块(28)被集合到运行列表(42)中，并且其中借助所述处理器(20)通过逐步地处理各一个编码区块(28)来循环地执行所述运行列表(42)。

6.一种自动化设备(18)，其中，所述自动化设备根据权利要求1至5中任一项所述的方法进行工作。

7.根据权利要求6所述的自动化设备(18)，其中，所述自动化设备具有处理器(20)，用于直接执行在描述自动化解决方案时使用的功能单元(10)，

其中，所述处理器(20)包括多个处理器寄存器(24)，

其中，所述处理器(20)为了执行不同的所述功能模块(10)包括各一个功能单元(30-34)，

其中，所述处理器寄存器(24)的内容能通过由所述处理器(20)包括的多路复用器(36)指派给各一个功能单元(30-34)。

8.根据权利要求7所述的自动化设备(18)，其中所述处理器(20)具有多个对应于每个功能单元(30-34)的电池(40)，其中，在通过所述多路复用器(36)将所述处理器寄存器(24)的内容指派给各一个所述功能单元(30-34)时，所述处理器寄存器(24)的内容能够加载到各一个指派给所述功能单元(30-24)的电池(40)中。

9.一种具有研发环境(16)和根据权利要求6所述的自动化设备(18)的系统，其中，所述研发环境(16)包括程序编码件，用于将作为自动化解决方案的组成部分选出的功能单元(10)自动化地转换成各一个编码模块(28)，其中，每个编码模块(28)包括基于作为基础的功能模块(10)的唯一的类型标识(26)以及所述自动化设备(18)的所述处理器(20)的单独的、能同时使用的处理器寄存器(24)的参考。