開放式可重構智能控制器、重構智能控制器的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種開放式可重構智能控制器,用于實現(xiàn)對智能機械自身的開放式控制，所述開放式可重構智能控制器包括：任務處理子系統(tǒng)，基于通用數(shù)據(jù)處理體系結構，用于接收并處理邏輯概念級別的任務；實時計算與控制子系統(tǒng)，基于實時數(shù)字處理體系結構，用于實時的數(shù)字計算；可配置硬件加速子系統(tǒng)，基于可編程邏輯器件的體系結構；所述可配置硬件加速子系統(tǒng)分別與所述任務處理子系統(tǒng)、實時計算與控制子系統(tǒng)通信連接，用于實時控制所述柔性工業(yè)生產(chǎn)線；所述任務處理子系統(tǒng)、實時計算與控制子系統(tǒng)以及可配置硬件加速子系統(tǒng)均可通過可編程接口重新定義功能。本發(fā)明還公開一種重構智能控制器的方法。上述智能控制器，可實現(xiàn)對所述柔性生產(chǎn)線的開放式控制，上述重構方法可實現(xiàn)智能控制器的重構。
【專利說明】開放式可重構智能控制器、重構智能控制器的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)自動控制【技術領域】，特別是涉及一種開放式可重構智能控制器和一種重構智能控制器的方法。

【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)工業(yè)加工中，為了提升目標產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)加工效率，產(chǎn)品生產(chǎn)加工的機械設備或產(chǎn)線一般都是專業(yè)定制的，其功能目的性極強，從而保證了加工設備或產(chǎn)線的工作效率，但是這樣的方式也會存在靈活性嚴重受限的問題，一旦加工目標產(chǎn)品有所調(diào)整，則加工設備或者產(chǎn)線調(diào)整的代價極高，甚至要廢掉重建。
[0003]另外，傳統(tǒng)加工方式使用的裝備或者產(chǎn)線受限于技術發(fā)展水平，因此目標加工產(chǎn)品，以及相關的加工過程、工藝以及加工方法都是事先配置完成的，在設備或者產(chǎn)線正式部署完成后，各種工藝、過程、以及方法基本就基本固化下來，即便如果對設備或產(chǎn)線的加工細節(jié)進行的調(diào)整一般也都需要在停機情況下，經(jīng)過專業(yè)人員多次調(diào)試才能完成，設備或者產(chǎn)線加工制造過程中自身缺乏足夠的智能進行主動的調(diào)整與優(yōu)化。
[0004]時至今日，伴隨社會生產(chǎn)力與人們生活水平的快速提升，社會人們對于工業(yè)產(chǎn)品的需求，工業(yè)加工已經(jīng)逐漸從傳統(tǒng)的單純大規(guī)模批量生產(chǎn)模式逐漸轉型成為規(guī)模定制生產(chǎn)模式，從而也對支撐工業(yè)生產(chǎn)的機械設備與生產(chǎn)線提出了強烈的虛擬化、柔性化、智能化等新需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種可以對柔性工業(yè)生產(chǎn)線進行支撐的智能機械所需的開放式控制從而能夠重構智能機械自身功能，進而實現(xiàn)柔性工業(yè)生產(chǎn)線功能的控制器。
[0006]此外，還提供一種重構智能控制器的方法。
[0007]一種開放式可重構智能控制器，用于實現(xiàn)對智能機械的開放式控制，包括:
[0008]任務處理子系統(tǒng)，基于通用數(shù)據(jù)處理體系結構，用于接收并處理邏輯概念級別的任務；
[0009]實時計算與控制子系統(tǒng)，基于實時數(shù)字處理體系結構，用于實時的數(shù)字計算；
[0010]可配置硬件加速子系統(tǒng)，基于可編程邏輯器件的體系結構；所述可配置硬件加速子系統(tǒng)分別與所述任務處理子系統(tǒng)、實時計算與控制子系統(tǒng)通信連接，用于實時控制所述智能機械；
[0011]所述任務處理子系統(tǒng)、實時計算與控制子系統(tǒng)以及可配置硬件加速子系統(tǒng)均可通過設定的電氣接口重新配置功能。
[0012]在其中一個實施例中，所述任務處理子系統(tǒng)的通用數(shù)據(jù)處理體系結構是以x86、ARM或MIPS架構的處理器為基礎構建。
[0013]在其中一個實施例中，所述實時計算與控制子系統(tǒng)的實時數(shù)字處理體系結構以數(shù)字流處理器為核心進行構建。
[0014]在其中一個實施例中，所述可配置硬件加速子系統(tǒng)的可編程邏輯器件為現(xiàn)場可編程門陣列或復雜可編程邏輯器件。
[0015]在其中一個實施例中，所述任務處理子系統(tǒng)還包括網(wǎng)絡接口，用于接收來自網(wǎng)絡端的任務。
[0016]一種重構智能控制器的方法，用于實現(xiàn)對智能機械的開放式控制，包括如下步驟:
[0017]接收并處理邏輯概念級別的任務；
[0018]根據(jù)對邏輯概念級別的任務處理的結果，執(zhí)行實時計算與控制；
[0019]所述邏輯概念級別的處理、實時計算與控制均可通過可編程接口重新定義處理過程。
[0020]在其中一個實施例中，通過網(wǎng)絡接收任務。
[0021]上述智能控制器及其重構方法，通過任務處理子系統(tǒng)從外部接受任務，并產(chǎn)生可配置硬件加速子系統(tǒng)的實時控制任務，輔以實時計算與控制子系統(tǒng)的實時計算，達到實時控制柔性生產(chǎn)線的目的。
[0022]同時，所述任務處理子系統(tǒng)、實時計算與控制子系統(tǒng)以及可配置硬件加速子系統(tǒng)均可通過可編程接口重新定義功能，實現(xiàn)對所述柔性生產(chǎn)線的開放式控制或對智能控制器的重構。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為一實施例的開放式可重構智能控制器的系統(tǒng)模塊圖。

【具體實施方式】
[0024]圖1為一實施例的開放式可重構智能控制器的系統(tǒng)模塊圖。該智能控制器用于實現(xiàn)對智能機械的開放式控制，包括三大核心子系統(tǒng):任務處理子系統(tǒng)100、實時計算與控制子系統(tǒng)200以及可配置硬件加速子系統(tǒng)300?？膳渲糜布铀僮酉到y(tǒng)300分別與任務處理子系統(tǒng)100、實時計算與控制子系統(tǒng)200通信連接。智能機械包括多個可柔性配置的基本單元，對智能機械的開放式控制具體為對該基本單元的開放式控制。
[0025]任務處理子系統(tǒng)100基于通用數(shù)據(jù)處理體系結構，用于接收并處理邏輯概念級別的任務。任務處理子系統(tǒng)100是整個智能控制器的智能中樞，完成與外部的通信，承接任務并主要進行完成邏輯概念級別的任務處理，處理速度為毫秒(ms)級別。
[0026]任務處理子系統(tǒng)100包括高性能通用計算子模塊、必要的存儲子模塊以及輸入輸出子模塊。高性能通用計算子模塊通?；诠I(yè)級中央處理器，包括但不限于采用X86指令的通用處理器與采用X86指令的S0C處理器、采用ARM指令的處理器、采用MIPS指令的處理器；該通用計算子模塊還可以是采用其他指令體系的專用集成電路器件。存儲子模塊主要包括動態(tài)存儲器件和非易失性存儲器件。輸入輸出子模塊主要包括人機交互接口、網(wǎng)絡接口以及其他高速通訊與數(shù)據(jù)交互接口。
[0027]基于該通用數(shù)據(jù)處理體系結構，任務處理子系統(tǒng)100可配置相應的應用程序來實現(xiàn)包括事件處理、人機交互與通信以及工藝編程在內(nèi)的多種功能。
[0028]實時計算與控制子系統(tǒng)200基于實時數(shù)字處理體系結構，用于實時的數(shù)字計算。實時計算與控制子系統(tǒng)200主要用于具有一定實時性要求的復雜計算，處理速度為微秒(us)級別。實時計算與控制子系統(tǒng)200包括數(shù)學計算子模塊、存儲子模塊、配套的接口與外圍子模塊。
[0029]數(shù)學計算子模塊是整個實時計算與控制子系統(tǒng)200的核心，也是整個智能控制器完成本地化數(shù)學計算能力的核心。數(shù)學計算子模塊通常以數(shù)字流處理器(DSP)為核心進行構建，也可以采用其他能提供高效數(shù)學計算能力的集成電路器件。
[0030]可配置硬件加速子系統(tǒng)300基于可編程邏輯器件的體系結構，用于實時控制所述智能機械。可配置重構硬件加速模塊300主要完成具體的、實時性要求最高的計算與控制，也即對柔性生產(chǎn)線上的基本單元的數(shù)據(jù)進行實時處理?？膳渲糜布铀僮酉到y(tǒng)300處理速度為納秒(ns)級別，以達到實時處理的目的。
[0031]可配置硬件加速子系統(tǒng)300 —般由可編程邏輯器件與相應的配置器件構成?？删幊踢壿嬈骷饕ǖ幌抻诂F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、復雜可編程邏輯(CPLD)器件。
[0032]上述智能控制器，通過任務處理子系統(tǒng)100從外部接受任務，并產(chǎn)生可配置硬件加速子系統(tǒng)300的實時控制任務，輔以實時計算與控制子系統(tǒng)200的實時計算，達到實時控制柔性生產(chǎn)線的目的。
[0033]同時，為實現(xiàn)對所述柔性生產(chǎn)線的開放式控制，所述任務處理子系統(tǒng)100、實時計算與控制子系統(tǒng)200以及可配置硬件加速子系統(tǒng)300均可通過設定的電氣接口重新配置功倉泛。
[0034]具體地:
[0035]任務處理子系統(tǒng)100上可部署開發(fā)與應用層功能。通過應用層的編程接口，可以對任務處理子系統(tǒng)100的通用數(shù)據(jù)處理體系結構中的非易失性存儲器件內(nèi)的內(nèi)容進行改寫，從而實現(xiàn)“任務處理子系統(tǒng)”的程序改寫。
[0036]實時計算與控制子系統(tǒng)200上可部署實時調(diào)度層功能。通過應用層的編程接口，可以對實時計算與控制子系統(tǒng)200的數(shù)字處理體系結構中的非易失性存儲器件內(nèi)的內(nèi)容進行改寫，實現(xiàn)“實時調(diào)度層”功能重構。
[0037]可配置硬件加速子系統(tǒng)300上可部署各種實時控制功能(例如運動控制、邏輯控制以及機器視覺等)。在設定模式下，通過應用層的編程接口，可以對可配置硬件加速子系統(tǒng)300的可編程邏輯器件的體系結構中的非易失性存儲器件內(nèi)的內(nèi)容進行改寫，從而改變與重構可配置硬件加速子系統(tǒng)300的功能與工作內(nèi)容。
[0038]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種開放式可重構智能控制器，用于實現(xiàn)對智能機械的開放式控制，其特征在于，包括: 任務處理子系統(tǒng)，基于通用數(shù)據(jù)處理體系結構，用于接收并處理邏輯概念級別的任務; 實時計算與控制子系統(tǒng)，基于實時數(shù)字處理體系結構，用于實時的數(shù)字計算； 可配置硬件加速子系統(tǒng)，基于可編程邏輯器件的體系結構；所述可配置硬件加速子系統(tǒng)分別與所述任務處理子系統(tǒng)、實時計算與控制子系統(tǒng)通信連接，用于實時控制所述智能機械； 所述任務處理子系統(tǒng)、實時計算與控制子系統(tǒng)以及可配置硬件加速子系統(tǒng)均可通過設定的電氣接口重新配置功能。
2.根據(jù)權利要求1所述的開放式可重構智能控制器，其特征在于，所述任務處理子系統(tǒng)的通用數(shù)據(jù)處理體系結構是以x86、ARM或MIPS架構的處理器為基礎構建。
3.根據(jù)權利要求1所述的開放式可重構智能控制器，其特征在于，所述實時計算與控制子系統(tǒng)的實時數(shù)字處理體系結構以數(shù)字流處理器為核心進行構建。
4.根據(jù)權利要求1所述的開放式可重構智能控制器，其特征在于，所述可配置硬件加速子系統(tǒng)的可編程邏輯器件為現(xiàn)場可編程門陣列或復雜可編程邏輯器件。
5.根據(jù)權利要求1所述的開放式可重構智能控制器，其特征在于，所述任務處理子系統(tǒng)還包括網(wǎng)絡接口，用于接收來自網(wǎng)絡端的任務。
6.一種重構智能控制器的方法，用于實現(xiàn)對智能機械的開放式控制，包括如下步驟: 接收并處理邏輯概念級別的任務； 根據(jù)對邏輯概念級別的任務處理的結果，執(zhí)行實時計算與控制； 所述邏輯概念級別的處理、實時計算與控制均可通過可編程接口重新定義處理過程。
7.根據(jù)權利要求6所述的重構智能控制器的方法，其特征在于，通過網(wǎng)絡接收任務。
【文檔編號】G05B19/05GK104391474SQ201410679927
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權日:2014年11月21日
【發(fā)明者】吳宏, 呂恕 申請人:固高科技(深圳)有限公司