梯形圖轉(zhuǎn)VHDL邏輯表達(dá)式研究.pdf

1、IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)定義了兩類編程工具:文本化編程工具和圖形化編程工具,其中梯形圖(Ladder Diagram)是當(dāng)今最通用的圖形化編程工具。可編程控制器的核心是一個順序處理器,它的速度完全取決于CPU的主頻,這極大地限制了可編程控制器性能的提升,特別是在超高速、超高精度、高可靠性的控制領(lǐng)域。
　　為了增強(qiáng)傳統(tǒng)可編程控制器的性能,論文基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)可重配置的硬件結(jié)構(gòu)

2、以及執(zhí)行機(jī)制提出了一種新的可編程控制器設(shè)計理念。由于梯形圖是可編程控制器領(lǐng)域最通用的編程語言,因此實現(xiàn)梯形圖到與之等效的超高速硬件描述語言VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)的轉(zhuǎn)換是設(shè)計新型控制器的基礎(chǔ),也是論文研究的重點。論文以頂點活動圖(Activity on Vertex,AOV)為基礎(chǔ),邏輯表達(dá)式作橋梁實現(xiàn)了帶復(fù)雜功能模塊(算

3、術(shù)運算功能模塊、比較功能模塊、置位復(fù)位功能模塊)、多輸出梯級的梯形圖到VHDL程序的轉(zhuǎn)換。為了有效地實現(xiàn)梯形圖到VHDL程序的轉(zhuǎn)換,論文首次提出了多輸出梯級的逆向拆分思想,較之于正向拆分,其不僅簡化了梯級拆分過程而且顯著改善了拆分性能。論文詳細(xì)分析了帶復(fù)雜功能模塊、多輸出梯級梯形圖的依賴關(guān)系并通過轉(zhuǎn)換控制依賴,使得帶跳轉(zhuǎn)指令(JMP指令)和子程序調(diào)用指令(CALL指令)的梯形圖可以正確的轉(zhuǎn)換成VHDL程序。此外,為了簡化斷層梯級到VHD

4、L邏輯表達(dá)式的翻譯,論文提出了一種新的算法——補(bǔ)層翻譯算法。該算法由補(bǔ)層和翻譯兩個過程構(gòu)成,補(bǔ)層的目的是為了實現(xiàn)斷層梯級的修復(fù);翻譯僅針對完整梯級展開,該算法可以實現(xiàn)完整梯級到VHDL邏輯表達(dá)式的映射。針對任何一個完整梯級其分支的出度必然等于與其對應(yīng)的歸并的入度,而斷層梯級無此特性。
　　為了對算法的正確性進(jìn)行驗證,論文設(shè)計了一個應(yīng)用范例——將檢測空載情況下繼電器抖動次數(shù)以及每次抖動時間間隔的梯形圖程序轉(zhuǎn)換成可在DE2-115開發(fā)