嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)架構(gòu)簡介和優(yōu)勢
正運(yùn)動的ZMC系列控制器全部是獨(dú)立式控制器，可以脫離上位機(jī)像PLC一樣獨(dú)立工作的。自帶嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，可以像PLC一樣實(shí)現(xiàn)高速的邏輯響應(yīng)和IO響應(yīng)，這樣的架構(gòu)是進(jìn)口運(yùn)動控制器的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。
進(jìn)口控制器這么設(shè)計(jì)是因?yàn)檫@樣的架構(gòu)有多種好處：
1）任務(wù)調(diào)度更簡單，實(shí)時(shí)性更好
Windows是屬于GPOS（General Purpose OS），考慮多種用戶需求，調(diào)度策略（dispatch algorithm）非常復(fù)雜，既要考慮前臺響應(yīng)速度又要顧及后臺響應(yīng)能力，既要考慮復(fù)雜任務(wù)的計(jì)算效率，又要考慮簡單任務(wù)的響應(yīng)速度，所以盡管Windows非常強(qiáng)大，可以運(yùn)行復(fù)雜的算法，可以運(yùn)行復(fù)雜的語言和函數(shù)，但很多時(shí)候不適合用來處理需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的任務(wù)（打開任務(wù)管理器，看看Windows上有多少進(jìn)程、多少線程，就可以想象Windows調(diào)度有多么復(fù)雜了）。所以在高實(shí)時(shí)性場合一般會使用實(shí)時(shí)系統(tǒng)（RTOS），而不用GPOS。（IOS和Android都屬于RTOS，并且嚴(yán)格限制后臺進(jìn)程，來保證和用戶交互的響應(yīng)速度。Windows CE也屬于RTOS）。
正運(yùn)動控制器通過使用更簡單的調(diào)度策略（分時(shí)調(diào)度，犧牲一些計(jì)算效率），使用精簡指令（不使用復(fù)雜的帶類的面向?qū)ο蟮恼Z言），實(shí)時(shí)性能就比Windows好很多，而且很容易實(shí)現(xiàn)多任務(wù)（Task）并行處理，所以，在需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的場合就不再需要運(yùn)動控制器+PLC的組合方式，一個(gè)控制器搞定全部，沒有數(shù)據(jù)通訊的麻煩，簡單高效。
2）減輕PC計(jì)算壓力，在消耗大量計(jì)算資源的應(yīng)用例如缺陷檢測中優(yōu)勢更明顯。
把邏輯控制和運(yùn)動控制全部使用Basic語言下載入控制器內(nèi)，視覺處理留在PC，最大化減輕PC計(jì)算壓力。
3）開發(fā)調(diào)試更簡便。
Basic指令更簡潔、更清晰，開發(fā)速度更快。
即使不使用Basic寫程序，在PC上寫程序，通過Zdevelop開發(fā)調(diào)試工具也可以通過“軸參數(shù)”或者“在線命令”方便的查看當(dāng)前各個(gè)參數(shù)狀態(tài)；可以通過“在線命令”實(shí)時(shí)修改參數(shù)；可以通過“示波器”查看速度曲線.......
（關(guān)于Zdevelop的詳細(xì)內(nèi)容可以參考光盤資料中的入門文檔或者教學(xué)視頻。）
Basic程序簡單介紹
正運(yùn)動控制器內(nèi)部運(yùn)行的程序主要是Basic程序，語法和VB一致，但比VB更簡單，對于軟件工程師來說非常友好。并且為了讓客戶使用更簡單，不需要定義數(shù)據(jù)類型，任意賦值自動判斷。甚至文件內(nèi)變量和局部變量都不需要定義（只有全局變量需要），編譯器自動判斷，最終的結(jié)果是，非常容易上手，開發(fā)更快，不容易出錯(cuò)。
Zdevelop開發(fā)工具可以進(jìn)入調(diào)試模式，單步運(yùn)行，觀察任務(wù)狀態(tài)、全局變量和局部變量。程序中可以方便的插入Print（等同于?操作符）指令把字符串或者變量輸出到終端方便Debug（相當(dāng)于C語言中的printf）。
正運(yùn)動控制器支持多任務(wù)（多線程），但創(chuàng)建多線程要比Windows程序簡單的多，可以非常方便的實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行運(yùn)行。
可以通過ticks或者timer等方式實(shí)現(xiàn)恒定頻率掃描程序。
（更多詳細(xì)內(nèi)容請參考ZBasic幫助手冊。）
這樣的架構(gòu)，使正運(yùn)動控制器不僅支持像其他國產(chǎn)控制器一樣完全在PC上調(diào)用函數(shù)來控制，也支持完全把運(yùn)動控制和邏輯控制用Basic寫在控制器里，也支持部分程序?qū)懺诳刂破骼铮糠殖绦驅(qū)懺赑C上，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，非常消耗CPU計(jì)算能力的復(fù)雜算法放在PC上，簡單的對響應(yīng)速度要求很高的放在控制器上，兩者可以通過全局變量、Table、VR變量等方式來交換數(shù)據(jù)，Basic程序也可以向PC程序主動上報(bào)信息（PC程序中需要部署回調(diào)函數(shù)，不熟悉GC回收的話不建議這樣使用）。
和PC程序的互動方式
下面就是因?yàn)槭褂眠@種獨(dú)特架構(gòu)帶來的其他國產(chǎn)控制器廠商所沒有的交互方式和獨(dú)有的函數(shù)：
控制器上的Basic程序可以通過指定一個(gè)自動運(yùn)行號，讓這個(gè)任務(wù)上電自動運(yùn)行，并且適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用其它任務(wù)（調(diào)用其他程序文件或者sub子程序）。也可以在合適的時(shí)機(jī)由PC程序發(fā)送Basic字符串指令來運(yùn)行某個(gè)任務(wù)，例如控制器上有一個(gè)文件叫“BasicInit.bas ”，那么可以調(diào)用ZAux_Execute函數(shù)發(fā)送字符串（run “BasicInit ”）來運(yùn)行起來這個(gè)文件，讓它以一個(gè)任務(wù)（線程）的方式運(yùn)行起來。
Table是控制器上的超大一維數(shù)組，VR也是一維數(shù)組，但VR變量是掉電保存的，是存在電池備份內(nèi)存上的，訪問速度又快，用不用擔(dān)心掉電丟失。具體的介紹可以參考ZBasic幫助文檔的第一章。
一方面不論控制器上Basic還是PC上的函數(shù)（如ZAux_Direct_SetTable）都可以共同訪問修改Table和VR變量，把table等作為控制器和PC共享buffer，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)異步交換，實(shí)現(xiàn)最大計(jì)算效率。另一方面PC還同時(shí)可以訪問用戶在Basic中定義的全局變量（例如global UsrVar），例如使用ZAux_Direct_GetVariableInt，但如果想要修改自定義全局變量的話就需要調(diào)用函數(shù)ZAux_DirectCommand發(fā)送（”UsrVar= 0 ”）這樣的字符串。
Basic程序運(yùn)行完畢后，如果想要主動通知PC程序，而不是等待PC查詢，可以在PC程序中部署回調(diào)函數(shù)，PC不再需要輪詢查詢（如果不熟悉GC回收，不建議使用回調(diào)函數(shù)）。
目前PC上的函數(shù)已經(jīng)很豐富了，但如果還是想要訪問控制器Basic支持的，而PC函數(shù)暫時(shí)不支持的軸參數(shù)（例如AXIS_STOPREASON）可以ZAux_Direct_SetParam和ZAux_Direct_GetParam來訪問。
如果想要一次讀取或者設(shè)置大量的IO變量、大量的位置狀態(tài)，可以使用輸入輸出函數(shù)中帶modbus前綴的函數(shù)，如GetModbusIn，這樣命名是因?yàn)樵诳刂破鲀?nèi)部有些modbus寄存器映射到這些地址上了（GetModbusIn只反應(yīng)IO的真實(shí)狀態(tài)，反轉(zhuǎn)指令無效。如果需要反轉(zhuǎn)之后的狀態(tài)，需要使用ZAux_Direct_GetInMulti）。
備注1， 具體某個(gè)型號的控制器有多少Table和VR變量，支持多少任務(wù)（Task），都可以使用ZDevelop在“在線命令”中輸入?*max來查看。）
備注2， PC函數(shù)中DirectCommand和Execute的用法一致，都是通過PC發(fā)送一個(gè)控制器支持的Basic字符串指令，但DirectCommand運(yùn)行速度更快，盡量使用DirectCommand，經(jīng)測試，DirectCommand大多沒有返回字符串，所以參數(shù)中的最后一個(gè)返回的字符串長度可以設(shè)置為0，Execute發(fā)送的指令出錯(cuò)后，第三個(gè)參數(shù)可以返回錯(cuò)誤信息，想要顯示的話可以用System.Text.Encoding.ASCII.GetString把byte數(shù)組轉(zhuǎn)化為字符串（可以參考C#例程“例程8-功能測試”）。DirectCommand和Execute函數(shù)本身返回?cái)?shù)值，正常運(yùn)行則為0，不正常則返回非零值，所以在多數(shù)場合可能只要判斷返回值就可以了，不需要去查看返回字符串。
Basic程序的掃描頻率和如何實(shí)現(xiàn)恒定頻率掃描
用過PLC的客戶往往對正運(yùn)動控制器嵌入式系統(tǒng)的掃描頻率有疑問，正運(yùn)動控制器和PLC不一樣的地方是沒有標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)可供客戶使用來實(shí)現(xiàn)恒定頻率掃描，但可以自己寫程序使用多種方式讓控制器內(nèi)的Basic任務(wù)實(shí)現(xiàn)恒定頻率掃描。
正運(yùn)動控制器自帶的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行方式和Windows程序比較相似的是如果沒有人為約束，沒有恒定的掃描頻率，CPU有空閑就去運(yùn)行用戶程序，最大化利用CPU資源，所以除去固件運(yùn)行所占用的時(shí)間和EtherCAT主站計(jì)算所占用的時(shí)間，剩下的全是用戶程序的運(yùn)行時(shí)間。用戶的程序越短，掃描頻率越高。所以，雖然系統(tǒng)的中斷周期一般為1ms或者0.5ms，但如果程序足夠短，它在一個(gè)中斷周期內(nèi)會運(yùn)行很多次（具體數(shù)量取決于客戶程序），可能超過大多數(shù)客戶的需求（不同系列控制器CPU速度不一樣）。
當(dāng)一個(gè)任務(wù)需要很高的實(shí)時(shí)性時(shí)，推薦把這部分任務(wù)單獨(dú)放入一個(gè)Task內(nèi)，代碼行數(shù)盡量短，那么它的掃描頻率就非常高。對實(shí)時(shí)性要求不高的就和其它一起合并放入一個(gè)大的任務(wù)（Task）。
如何計(jì)算當(dāng)前任務(wù)的掃描時(shí)間？
使用Ticks，賦予Ticks一個(gè)初始化值，每過1ms系統(tǒng)就會減一，可以用于計(jì)算掃描時(shí)間，例如：
（注意,ticks是屬于單個(gè)任務(wù)的變量，不是全局變量）
如何以恒定頻率掃描程序？
1）使用Ticks：
2）使用硬件時(shí)鐘Timer：
需要注意的是所有硬件時(shí)鐘中斷任務(wù)的處理任務(wù)（Task）只有1個(gè)，所以如果使用了多個(gè)硬件時(shí)鐘中斷，并且執(zhí)行時(shí)間比較長，推薦把相關(guān)代碼放入另外一個(gè)程序文件里，run這個(gè)程序文件，不要讓中斷程序獨(dú)占當(dāng)前task。
備注：
1）關(guān)于程序（Program）和任務(wù)（Task），任務(wù)和PC上的線程比較相似，并行運(yùn)行，可以共享全局變量。一個(gè)程序文件（Program）可以被run起來多個(gè)Task（多個(gè)instance），所以在上面的示例注釋中寫著要小心不要run起來多個(gè)Task，把Timer_Start放入中斷程序結(jié)尾。（可以在調(diào)試模式下觀察現(xiàn)在有幾個(gè)task在運(yùn)行）
2）因?yàn)榭刂破魇褂昧藢?shí)時(shí)系統(tǒng)，所以要使用循環(huán)掃描，可以很安全的使用while 1，這個(gè)Task的時(shí)間片用完后就會切換任務(wù)，不用擔(dān)心控制器資源都被鎖死在當(dāng)前任務(wù)。
