Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Synteza i implementacja układu sterowania w strukturze FPGA opisanego językiem SFC zgodnego z IEC61131

Milik A., Pułka A.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2014

|

Vol. 55, nr 12

17-20

PL

Artykuł przedstawia opracowany całościowy proces syntezy wielokontekstrowego sprzętowego układu sterowania implementowanego w strukturach FPGA. Dedykowana struktura sprzętowa pozwala na zdecydowane zredukowanie czasu przetwarzania w porównaniu z rozwiązaniami programowymi. Program podlegający syntezie jest opisany językiem SFC zgodnie z normą IEC61131-3. W procesie syntezy wykorzystano oryginalną grafową metodę reprezentacji postaci pośredniej programu sterowania. Metoda konstruowania postaci pośredniej zachowuje własności przetwarzania, ujawniając zadania równoległe. Opracowano również metodę odwzorowania technologicznego dla tablicowych układów FPGA. W celu porównania przedstawiono rezultaty implementacji opracowanej metody oraz bezpośredniego odwzorowania postaci grafowej.

EN

The paper presents the synthesis and implementation algorithms of multiple context logic controller implemented in a FPGA. A massively parallel hardware execution of control algorithms is utilized that significantly reduces the throughput time. The input program is written in the SFC according to the IEC61131-3 standard. An originally developed intermediate representation based on data flow graph has been used for processing. The graph building algorithm maintains sequential dependencies and reveals parallel tasks in program. Developed method of scheduling and mapping is dedicated for LUT based FPGA devices. The paper is concluded with exemplary implementation comparison of greedy direct mapping and developed FPGA architecture optimized method.

2

Metoda reprezentacji pośredniej programu PLC opisanego za pomocą języków LD i SFC na potrzeby syntezy sprzętowej

Milik A.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2013

|

R. 59, nr 8

799--802

PL

W artykule przedstawiono metody reprezentacji pośredniej programu sterowania opisanego językiem LD oraz SFC zgodnie z IEC61131-3, opracowane na potrzeby syntezy sprzętowej kładów sterowania PLC implementowanych w strukturach programowalnych FPGA. W opisie wykorzystano oryginalną implementację grafu skierowanego. Przedstawiono opracowane reguły odwzorowania, zapewniające zachowanie zależności sekwencyjnych przy jednoczesnym uzyskaniu maksymalnego zrównoleglenia działania. Przedstawiono również zarys metod syntezy na podstawie opracowanego odwzorowania pośredniego.

EN

The increased performance of a PLC can be achieved by direct implementation of a control program in an FPGA device [3, 6, 7, 8, 12, 13]. The paper presents a methodology of transforming a standard PLC program given by LD or SFC according to IEC61131-3 to the common intermediate form dedicated for logic synthesis. The intermediate form of the control program is represented by a data flow graph (DFG, Fig. 1). The set of nodes is carefully selected to minimize the number of different types of nodes while assuring implementation of PLC behavior. Attributed edges and multiple argument nodes are used to reduce size of DFG (Fig. 2). The developed method for creating a DAG maintains sequential dependencies between variables and revel operations parallelism. In PLC programs the variables pass values between operations and computation cycles. In order to maintain sequential dependencies, value assignment to a variable is observed. If the accessed variable has not been assigned, its value is used for a driving node (Fig. 3). The SFC is based on step, actions and transitions [2]. The step variable in the DFG is represented by a JK flip-flop equivalent. The activation function of a step is based on analysis of its dependencies with preceding and succeeding steps and transitions (Fig. 5). Actions that are bounded with steps are controlled according to their types (Fig. 6). The presented intermediated representation has been successfully applied to synthesize a PLC implemented in an FPGA device.

3

Synteza diagramu LD z operacjami arytmetycznymi przeznaczona dla układów FPGA

Milik A.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 7

617-619

PL

W artykule przedstawiono automatyczną metodę syntezy układu sterowania danego w postaci diagramu stykowego LD lub listy instrukcji IL do sprzętowego układu sterowania implementowanego w układzie FPGA. Zaproponowana metoda pozwala uzyskać sprzętowy układ sterowania zachowujący sekwencyjne własności przetwarzania wynikające z zapisu LD i IL. Przedstawiony algorytm syntezy pozwala na dokonanie syntezy operacji logicznych i arytmetycznych. Istotnymi celami opracowanego algorytmu jest masowe przetwarzanie, redukcja cykli obliczeniowych oraz odwzorowanie w ograniczonej liczbie zasobów operacji arytmetycznych.

EN

The paper presents the synthesis algorithm of a ladder diagram (LD) or instruction list (IL) into a reconfigurable logic controller implemented in FPGA [5, 8, 9]. The algorithm incorporates synthesis of Boolean and fixed point arithmetic operations. It utilizes the intermediate form of the data flow graph (DFG) [4, 6]. PLCs introduce variable dependencies caused by serial processing of LD (Fig. 1). It has been proved that appropriate distribution of feedback signals allows implementing LD logic dependencies during a single calculation cycle (Fig. 2). The LD diagram is compiled into DFG that records variable dependencies. The presented optimization allows reducing the controller complexity and its response time in comparison to solutions presented in [2, 3] (Fig. 3). Arithmetic operations introduce larger implementation complexity and require more time to calculate than logic operation. The DFG generated from LD or IL is used for scheduling and mapping (Fig. 4). The scheduling and mapping procedure assumes the limited number of arithmetic resources while logic operations are allocated without constraints. The scheduling procedure takes into account operation execution timing (Fig. 4C). The obtained circuit after scheduling with arithmetic operations may require more than one cycle to complete all operations in comparison to the model limited only to logic operations. The presented synthesis procedure enables obtainment of fully functional hardware implementation of the controller given by LD or IL with massively parallel processing and a very short response time (1 to several clock cycles).