隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，基于多種微處理器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。多種微處理器的工業(yè)控制系統(tǒng)中共用存儲(chǔ)體的方法，論述了多微處理器的工業(yè)控制系統(tǒng)共用存儲(chǔ)體的工作原理和電路結(jié)構(gòu)，解決了在多種微處理器系統(tǒng)中同時(shí)訪問(wèn)共用存儲(chǔ)體問(wèn)題。使上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸由一般的工業(yè)控制總線(xiàn)級(jí)上升為處理器訪問(wèn)存儲(chǔ)器級(jí)，且保證了控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。這種體系結(jié)構(gòu)一般都由上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)組成，上位機(jī)系統(tǒng)可以充分利用豐富的軟件資源、強(qiáng)大的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)功能，進(jìn)行人機(jī)交互操作、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)的連接，以形成工業(yè)控制系統(tǒng)的局域網(wǎng)絡(luò)；下位系統(tǒng)則使用控制功能強(qiáng)、抗電磁干擾好、易于開(kāi)發(fā)、具有智能的控制系統(tǒng)如單片機(jī)系統(tǒng)、PLC等，主要用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等一些具有特殊要求的工業(yè)控制過(guò)程。上位、下位機(jī)系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的RS-485或其它總線(xiàn)方式連接，如圖1所示。

　　這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式主要存在抗電磁干擾性能較差、網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)傳輸慢和硬件資源浪費(fèi)等問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)還存在高性能CPU、存儲(chǔ)器與低性能傳輸系統(tǒng)之間的矛盾，不適合用于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展以及控制對(duì)象生產(chǎn)工藝的要求，工業(yè)控制系統(tǒng)具有更高的實(shí)時(shí)性，對(duì)數(shù)據(jù)的采集和傳輸有了更高的要求，因此以上述方式組成的控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)越來(lái)越突出。為了解決上述問(wèn)題，作者將下位機(jī)系統(tǒng)作為上位機(jī)系統(tǒng)的功能擴(kuò)充板，以減少上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，提高數(shù)據(jù)傳輸速率以及準(zhǔn)確性，減少電磁干擾。

　　下位機(jī)系統(tǒng)由CPU、RAM、ROM、數(shù)據(jù)緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器、A/D（或D/A）轉(zhuǎn)換電路等單元組成，使用上位機(jī)系統(tǒng)的電源、數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)和信號(hào)控制線(xiàn)，減少了數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程，避免了由于傳輸線(xiàn)路受電磁干擾帶來(lái)的一系列問(wèn)題。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系采用上位、下位機(jī)系統(tǒng)都可以訪問(wèn)的高速存儲(chǔ)器解決了由于傳輸問(wèn)題而導(dǎo)致的瓶頸，充分發(fā)揮高速存儲(chǔ)體性能，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取Ｉ侠瓩C(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)使用TCP/IP通訊協(xié)議，連接多個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

　 工作原理

　　以上位機(jī)系統(tǒng)的工業(yè)IPC機(jī)和下位機(jī)系統(tǒng)的HD64180為例介紹系統(tǒng)的工作原理。電路原理圖如圖2所示。

　　下位機(jī)系統(tǒng)由CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)緩沖器、數(shù)據(jù)鎖存器以及譯碼電路等組成?？勺鳛樯衔粰C(jī)的一個(gè)外部設(shè)備，使用地址可在I/O保留區(qū)C0H之后，目的是避免與上位機(jī)其它外部設(shè)備的地址產(chǎn)生沖突[1]。由于存儲(chǔ)體使用了上位機(jī)系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)和控制信號(hào)線(xiàn)，可能產(chǎn)生上位、下位機(jī)系統(tǒng)同時(shí)對(duì)高速存儲(chǔ)體訪問(wèn)的沖突，為了解決此問(wèn)題，在下位機(jī)系統(tǒng)中使用兩組高速存儲(chǔ)體A、B。存儲(chǔ)體的地址在下位機(jī)系統(tǒng)中可安排在ROM的地址之后，在上位機(jī)系統(tǒng)中則在A000H之后，目的是避免與上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器地址產(chǎn)生沖突。數(shù)據(jù)緩沖與鎖存采用單、雙向總線(xiàn)收發(fā)器將上位、下位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)和控制信號(hào)線(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)體的操作隔離，通過(guò)對(duì)總線(xiàn)收發(fā)器使能端的控制決定CPU對(duì)存儲(chǔ)體的訪問(wèn)。因此，對(duì)存儲(chǔ)體的讀、寫(xiě)控制權(quán)在任一時(shí)刻只能屬于兩個(gè)CPU之一。

　 電路結(jié)構(gòu)

　　為了保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的連續(xù)性，下位機(jī)在系統(tǒng)的CPU即將對(duì)存儲(chǔ)體A的末地址進(jìn)行操作時(shí)，發(fā)出轉(zhuǎn)體信號(hào)。上位機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)后，控制總線(xiàn)收發(fā)器的使能端使存儲(chǔ)體B與上位機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)隔離，則與下位機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)連通進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作，而上位機(jī)系統(tǒng)可以對(duì)存儲(chǔ)體A進(jìn)行讀寫(xiě)。電路中使用兩片存儲(chǔ)器構(gòu)成存儲(chǔ)體，CPU對(duì)存儲(chǔ)體的使用由轉(zhuǎn)體控制信號(hào)通過(guò)反相器決定，保證對(duì)存儲(chǔ)體的操作在任意時(shí)刻只屬于兩個(gè)CPU之一。當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)體A操作時(shí)，U1、U2處于導(dǎo)通狀態(tài)，U3、U4、U5、U6處于隔離狀態(tài)，而U7、U8對(duì)于下位機(jī)系統(tǒng)來(lái)講則處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此，系統(tǒng)中不會(huì)發(fā)生不同CPU對(duì)同一存儲(chǔ)體進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的事件。

　　使用這種體系結(jié)構(gòu)不僅有效地解決了工業(yè)控制系統(tǒng)中不同微處理器使用同一存儲(chǔ)體的問(wèn)題，而且解決了不同CPU使用高速存儲(chǔ)器由于傳輸問(wèn)題而帶來(lái)的瓶頸，使上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸由一般的工業(yè)控制總線(xiàn)級(jí)上升為處理器訪問(wèn)存儲(chǔ)器級(jí)，且保證了控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。作者使用此方式體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)了多種數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，已在多個(gè)領(lǐng)域成功使用。

　 關(guān)于微處理器

　　微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比，具有體積小，重量輕和容易模塊化等優(yōu)點(diǎn)。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運(yùn)算器、時(shí)序控制電路，以及數(shù)據(jù)和地址總線(xiàn)。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲(chǔ)器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。它可與存儲(chǔ)器和外圍電路芯片組成微型計(jì)算機(jī)。

　　自從人類(lèi)1947年發(fā)明晶體管以來(lái)，50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒(méi)有的。半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)生了廣泛的影響，因此被稱(chēng)為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來(lái)越高，CPU可以集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件，被統(tǒng)稱(chēng)為“微處理器”。CPU從初發(fā)展至今已經(jīng)有二十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長(zhǎng)，CPU可以分為：4位微處理器、8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及正在醞釀構(gòu)建的64位微處理器，可以說(shuō)個(gè)人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進(jìn)的。

　　今天，微處理器已經(jīng)無(wú)處不在，無(wú)論是錄像機(jī)、智能洗衣機(jī)、移動(dòng)電話(huà)等家電產(chǎn)品，還是汽車(chē)引擎控制，以及數(shù)控機(jī)床、導(dǎo)彈制導(dǎo)等都要嵌入各類(lèi)不同的微處理器。微處理器不僅是微型計(jì)算機(jī)的部件，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件。國(guó)際上的超高速巨型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)等高端計(jì)算系統(tǒng)也都采用大量的通用高性能微處理器建造。