开放式可重构智能控制器、重构智能控制器的方法
【专利摘要】本发明公开一种开放式可重构智能控制器,用于实现对智能机械自身的开放式控制，所述开放式可重构智能控制器包括：任务处理子系统，基于通用数据处理体系结构，用于接收并处理逻辑概念级别的任务；实时计算与控制子系统，基于实时数字处理体系结构，用于实时的数字计算；可配置硬件加速子系统，基于可编程逻辑器件的体系结构；所述可配置硬件加速子系统分别与所述任务处理子系统、实时计算与控制子系统通信连接，用于实时控制所述柔性工业生产线；所述任务处理子系统、实时计算与控制子系统以及可配置硬件加速子系统均可通过可编程接口重新定义功能。本发明还公开一种重构智能控制器的方法。上述智能控制器，可实现对所述柔性生产线的开放式控制，上述重构方法可实现智能控制器的重构。
【专利说明】开放式可重构智能控制器、重构智能控制器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业自动控制【技术领域】，特别是涉及一种开放式可重构智能控制器和一种重构智能控制器的方法。
【背景技术】
[0002]传统工业加工中，为了提升目标产品的大批量生产加工效率，产品生产加工的机械设备或产线一般都是专业定制的，其功能目的性极强，从而保证了加工设备或产线的工作效率，但是这样的方式也会存在灵活性严重受限的问题，一旦加工目标产品有所调整，则加工设备或者产线调整的代价极高，甚至要废掉重建。
[0003]另外，传统加工方式使用的装备或者产线受限于技术发展水平，因此目标加工产品，以及相关的加工过程、工艺以及加工方法都是事先配置完成的，在设备或者产线正式部署完成后，各种工艺、过程、以及方法基本就基本固化下来，即便如果对设备或产线的加工细节进行的调整一般也都需要在停机情况下，经过专业人员多次调试才能完成，设备或者产线加工制造过程中自身缺乏足够的智能进行主动的调整与优化。
[0004]时至今日，伴随社会生产力与人们生活水平的快速提升，社会人们对于工业产品的需求，工业加工已经逐渐从传统的单纯大规模批量生产模式逐渐转型成为规模定制生产模式，从而也对支撑工业生产的机械设备与生产线提出了强烈的虚拟化、柔性化、智能化等新需求。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要提供一种可以对柔性工业生产线进行支撑的智能机械所需的开放式控制从而能够重构智能机械自身功能，进而实现柔性工业生产线功能的控制器。
[0006]此外，还提供一种重构智能控制器的方法。
[0007]一种开放式可重构智能控制器，用于实现对智能机械的开放式控制，包括:
[0008]任务处理子系统，基于通用数据处理体系结构，用于接收并处理逻辑概念级别的任务；
[0009]实时计算与控制子系统，基于实时数字处理体系结构，用于实时的数字计算；
[0010]可配置硬件加速子系统，基于可编程逻辑器件的体系结构；所述可配置硬件加速子系统分别与所述任务处理子系统、实时计算与控制子系统通信连接，用于实时控制所述智能机械；
[0011]所述任务处理子系统、实时计算与控制子系统以及可配置硬件加速子系统均可通过设定的电气接口重新配置功能。
[0012]在其中一个实施例中，所述任务处理子系统的通用数据处理体系结构是以x86、ARM或MIPS架构的处理器为基础构建。
[0013]在其中一个实施例中，所述实时计算与控制子系统的实时数字处理体系结构以数字流处理器为核心进行构建。
[0014]在其中一个实施例中，所述可配置硬件加速子系统的可编程逻辑器件为现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件。
[0015]在其中一个实施例中，所述任务处理子系统还包括网络接口，用于接收来自网络端的任务。
[0016]一种重构智能控制器的方法，用于实现对智能机械的开放式控制，包括如下步骤:
[0017]接收并处理逻辑概念级别的任务；
[0018]根据对逻辑概念级别的任务处理的结果，执行实时计算与控制；
[0019]所述逻辑概念级别的处理、实时计算与控制均可通过可编程接口重新定义处理过程。
[0020]在其中一个实施例中，通过网络接收任务。
[0021]上述智能控制器及其重构方法，通过任务处理子系统从外部接受任务，并产生可配置硬件加速子系统的实时控制任务，辅以实时计算与控制子系统的实时计算，达到实时控制柔性生产线的目的。
[0022]同时，所述任务处理子系统、实时计算与控制子系统以及可配置硬件加速子系统均可通过可编程接口重新定义功能，实现对所述柔性生产线的开放式控制或对智能控制器的重构。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为一实施例的开放式可重构智能控制器的系统模块图。
【具体实施方式】
[0024]图1为一实施例的开放式可重构智能控制器的系统模块图。该智能控制器用于实现对智能机械的开放式控制，包括三大核心子系统:任务处理子系统100、实时计算与控制子系统200以及可配置硬件加速子系统300。可配置硬件加速子系统300分别与任务处理子系统100、实时计算与控制子系统200通信连接。智能机械包括多个可柔性配置的基本单元，对智能机械的开放式控制具体为对该基本单元的开放式控制。
[0025]任务处理子系统100基于通用数据处理体系结构，用于接收并处理逻辑概念级别的任务。任务处理子系统100是整个智能控制器的智能中枢，完成与外部的通信，承接任务并主要进行完成逻辑概念级别的任务处理，处理速度为毫秒(ms)级别。
[0026]任务处理子系统100包括高性能通用计算子模块、必要的存储子模块以及输入输出子模块。高性能通用计算子模块通常基于工业级中央处理器，包括但不限于采用X86指令的通用处理器与采用X86指令的S0C处理器、采用ARM指令的处理器、采用MIPS指令的处理器；该通用计算子模块还可以是采用其他指令体系的专用集成电路器件。存储子模块主要包括动态存储器件和非易失性存储器件。输入输出子模块主要包括人机交互接口、网络接口以及其他高速通讯与数据交互接口。
[0027]基于该通用数据处理体系结构，任务处理子系统100可配置相应的应用程序来实现包括事件处理、人机交互与通信以及工艺编程在内的多种功能。
[0028]实时计算与控制子系统200基于实时数字处理体系结构，用于实时的数字计算。实时计算与控制子系统200主要用于具有一定实时性要求的复杂计算，处理速度为微秒(us)级别。实时计算与控制子系统200包括数学计算子模块、存储子模块、配套的接口与外围子模块。
[0029]数学计算子模块是整个实时计算与控制子系统200的核心，也是整个智能控制器完成本地化数学计算能力的核心。数学计算子模块通常以数字流处理器(DSP)为核心进行构建，也可以采用其他能提供高效数学计算能力的集成电路器件。
[0030]可配置硬件加速子系统300基于可编程逻辑器件的体系结构，用于实时控制所述智能机械。可配置重构硬件加速模块300主要完成具体的、实时性要求最高的计算与控制，也即对柔性生产线上的基本单元的数据进行实时处理。可配置硬件加速子系统300处理速度为纳秒(ns)级别，以达到实时处理的目的。
[0031]可配置硬件加速子系统300 —般由可编程逻辑器件与相应的配置器件构成。可编程逻辑器件主要包括但不限于现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑(CPLD)器件。
[0032]上述智能控制器，通过任务处理子系统100从外部接受任务，并产生可配置硬件加速子系统300的实时控制任务，辅以实时计算与控制子系统200的实时计算，达到实时控制柔性生产线的目的。
[0033]同时，为实现对所述柔性生产线的开放式控制，所述任务处理子系统100、实时计算与控制子系统200以及可配置硬件加速子系统300均可通过设定的电气接口重新配置功倉泛。
[0034]具体地:
[0035]任务处理子系统100上可部署开发与应用层功能。通过应用层的编程接口，可以对任务处理子系统100的通用数据处理体系结构中的非易失性存储器件内的内容进行改写，从而实现“任务处理子系统”的程序改写。
[0036]实时计算与控制子系统200上可部署实时调度层功能。通过应用层的编程接口，可以对实时计算与控制子系统200的数字处理体系结构中的非易失性存储器件内的内容进行改写，实现“实时调度层”功能重构。
[0037]可配置硬件加速子系统300上可部署各种实时控制功能(例如运动控制、逻辑控制以及机器视觉等)。在设定模式下，通过应用层的编程接口，可以对可配置硬件加速子系统300的可编程逻辑器件的体系结构中的非易失性存储器件内的内容进行改写，从而改变与重构可配置硬件加速子系统300的功能与工作内容。
[0038]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种开放式可重构智能控制器，用于实现对智能机械的开放式控制，其特征在于，包括: 任务处理子系统，基于通用数据处理体系结构，用于接收并处理逻辑概念级别的任务; 实时计算与控制子系统，基于实时数字处理体系结构，用于实时的数字计算； 可配置硬件加速子系统，基于可编程逻辑器件的体系结构；所述可配置硬件加速子系统分别与所述任务处理子系统、实时计算与控制子系统通信连接，用于实时控制所述智能机械； 所述任务处理子系统、实时计算与控制子系统以及可配置硬件加速子系统均可通过设定的电气接口重新配置功能。
2.根据权利要求1所述的开放式可重构智能控制器，其特征在于，所述任务处理子系统的通用数据处理体系结构是以x86、ARM或MIPS架构的处理器为基础构建。
3.根据权利要求1所述的开放式可重构智能控制器，其特征在于，所述实时计算与控制子系统的实时数字处理体系结构以数字流处理器为核心进行构建。
4.根据权利要求1所述的开放式可重构智能控制器，其特征在于，所述可配置硬件加速子系统的可编程逻辑器件为现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件。
5.根据权利要求1所述的开放式可重构智能控制器，其特征在于，所述任务处理子系统还包括网络接口，用于接收来自网络端的任务。
6.一种重构智能控制器的方法，用于实现对智能机械的开放式控制，包括如下步骤: 接收并处理逻辑概念级别的任务； 根据对逻辑概念级别的任务处理的结果，执行实时计算与控制； 所述逻辑概念级别的处理、实时计算与控制均可通过可编程接口重新定义处理过程。
7.根据权利要求6所述的重构智能控制器的方法，其特征在于，通过网络接收任务。
【文档编号】G05B19/05GK104391474SQ201410679927
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】吴宏, 吕恕 申请人:固高科技(深圳)有限公司