開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器,用于實(shí)現(xiàn)對(duì)智能機(jī)械自身的開(kāi)放式控制，所述開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器包括：任務(wù)處理子系統(tǒng)，基于通用數(shù)據(jù)處理體系結(jié)構(gòu)；實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)，基于實(shí)時(shí)數(shù)字處理體系結(jié)構(gòu)；可配置硬件加速子系統(tǒng)，基于可編程邏輯器件的體系結(jié)構(gòu)；所述可配置硬件加速子系統(tǒng)分別與所述任務(wù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)通信連接；所述任務(wù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)計(jì)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(guò)可編程接口重新定義功能。上述智能控制器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述柔性生產(chǎn)線的開(kāi)放式控制。
【專利說(shuō)明】開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)工業(yè)加工中，為了提升目標(biāo)產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)加工效率，產(chǎn)品生產(chǎn)加工的機(jī)械設(shè)備或產(chǎn)線一般都是專業(yè)定制的，其功能目的性極強(qiáng)，從而保證了加工設(shè)備或產(chǎn)線的工作效率，但是這樣的方式也會(huì)存在靈活性嚴(yán)重受限的問(wèn)題，一旦加工目標(biāo)產(chǎn)品有所調(diào)整，則加工設(shè)備或者產(chǎn)線調(diào)整的代價(jià)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(shù)發(fā)展水平，因此目標(biāo)加工產(chǎn)品，以及相關(guān)的加工過(guò)程、工藝以及加工方法都是事先配置完成的，在設(shè)備或者產(chǎn)線正式部署完成后，各種工藝、過(guò)程、以及方法基本就基本固化下來(lái)，即便如果對(duì)設(shè)備或產(chǎn)線的加工細(xì)節(jié)進(jìn)行的調(diào)整一般也都需要在停機(jī)情況下，經(jīng)過(guò)專業(yè)人員多次調(diào)試才能完成，設(shè)備或者產(chǎn)線加工制造過(guò)程中自身缺乏足夠的智能進(jìn)行主動(dòng)的調(diào)整與優(yōu)化。
[0004]時(shí)至今日，伴隨社會(huì)生產(chǎn)力與人們生活水平的快速提升，社會(huì)人們對(duì)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(zhuǎn)型成為規(guī)模定制生產(chǎn)模式，從而也對(duì)支撐工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備與生產(chǎn)線提出了強(qiáng)烈的虛擬化、柔性化、智能化等新需求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]基于此，有必要提供一種可以對(duì)柔性工業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行支撐的智能機(jī)械所需的開(kāi)放式控制從而能夠重構(gòu)智能機(jī)械自身功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)柔性工業(yè)生產(chǎn)線功能的控制器。
[0006]一種開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)智能機(jī)械的開(kāi)放式控制，包括:
[0007]任務(wù)處理子系統(tǒng)，基于通用數(shù)據(jù)處理體系結(jié)構(gòu)；
[0008]實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)，基于實(shí)時(shí)數(shù)字處理體系結(jié)構(gòu)；
[0009]可配置硬件加速子系統(tǒng)，基于可編程邏輯器件的體系結(jié)構(gòu)；所述可配置硬件加速子系統(tǒng)分別與所述任務(wù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)通信連接；
[0010]所述任務(wù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)計(jì)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(guò)設(shè)定的電氣接口重新配置功能。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述任務(wù)處理子系統(tǒng)的通用數(shù)據(jù)處理體系結(jié)構(gòu)是以x86、ARM或MIPS架構(gòu)的處理器為基礎(chǔ)構(gòu)建。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字處理體系結(jié)構(gòu)以數(shù)字流處理器為核心進(jìn)行構(gòu)建。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)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(chǎng)可編程門(mén)陣列或復(fù)雜可編程邏輯器件。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述任務(wù)處理子系統(tǒng)還包括網(wǎng)絡(luò)接口。
[0015]上述智能控制器，通過(guò)任務(wù)處理子系統(tǒng)從外部接受任務(wù)，并產(chǎn)生可配置硬件加速子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制任務(wù)，輔以實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)算，達(dá)到實(shí)時(shí)控制柔性生產(chǎn)線的目的。
[0016]同時(shí)，所述任務(wù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)計(jì)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(guò)可編程接口重新定義功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述柔性生產(chǎn)線的開(kāi)放式控制或?qū)χ悄芸刂破鞯闹貥?gòu)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為一實(shí)施例的開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器的系統(tǒng)模塊圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1為一實(shí)施例的開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器的系統(tǒng)模塊圖。該智能控制器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)智能機(jī)械的開(kāi)放式控制，包括三大核心子系統(tǒng):任務(wù)處理子系統(tǒng)100、實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200以及可配置硬件加速子系統(tǒng)300。可配置硬件加速子系統(tǒng)300分別與任務(wù)處理子系統(tǒng)100、實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200通信連接。智能機(jī)械包括多個(gè)可柔性配置的基本單元，對(duì)智能機(jī)械的開(kāi)放式控制具體為對(duì)該基本單元的開(kāi)放式控制。
[0019]任務(wù)處理子系統(tǒng)100基于通用數(shù)據(jù)處理體系結(jié)構(gòu)，用于接收并處理邏輯概念級(jí)別的任務(wù)。任務(wù)處理子系統(tǒng)100是整個(gè)智能控制器的智能中樞，完成與外部的通信，承接任務(wù)并主要進(jìn)行完成邏輯概念級(jí)別的任務(wù)處理，處理速度為毫秒(ms)級(jí)別。
[0020]任務(wù)處理子系統(tǒng)100包括高性能通用計(jì)算子模塊、必要的存儲(chǔ)子模塊以及輸入輸出子模塊。高性能通用計(jì)算子模塊通?；诠I(yè)級(jí)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SOC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(jì)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(chǔ)子模塊主要包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器件和非易失性存儲(chǔ)器件。輸入輸出子模塊主要包括人機(jī)交互接口、網(wǎng)絡(luò)接口以及其他高速通訊與數(shù)據(jù)交互接口。
[0021]基于該通用數(shù)據(jù)處理體系結(jié)構(gòu)，任務(wù)處理子系統(tǒng)100可配置相應(yīng)的應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)包括事件處理、人機(jī)交互與通信以及工藝編程在內(nèi)的多種功能。
[0022]實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200基于實(shí)時(shí)數(shù)字處理體系結(jié)構(gòu)，用于實(shí)時(shí)的數(shù)字計(jì)算。實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200主要用于具有一定實(shí)時(shí)性要求的復(fù)雜計(jì)算，處理速度為微秒(us)級(jí)別。實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200包括數(shù)學(xué)計(jì)算子模塊、存儲(chǔ)子模塊、配套的接口與外圍子模塊。
[0023]數(shù)學(xué)計(jì)算子模塊是整個(gè)實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200的核心，也是整個(gè)智能控制器完成本地化數(shù)學(xué)計(jì)算能力的核心。數(shù)學(xué)計(jì)算子模塊通常以數(shù)字流處理器(DSP)為核心進(jìn)行構(gòu)建，也可以采用其他能提供高效數(shù)學(xué)計(jì)算能力的集成電路器件。
[0024]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(jié)構(gòu)，用于實(shí)時(shí)控制所述智能機(jī)械。可配置重構(gòu)硬件加速模塊300主要完成具體的、實(shí)時(shí)性要求最高的計(jì)算與控制，也即對(duì)柔性生產(chǎn)線上的基本單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。可配置硬件加速子系統(tǒng)300處理速度為納秒(ns)級(jí)別，以達(dá)到實(shí)時(shí)處理的目的。
[0025]可配置硬件加速子系統(tǒng)300 —般由可編程邏輯器件與相應(yīng)的配置器件構(gòu)成?？删幊踢壿嬈骷饕ǖ幌抻诂F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、復(fù)雜可編程邏輯(CPLD)器件。
[0026]上述智能控制器，通過(guò)任務(wù)處理子系統(tǒng)100從外部接受任務(wù)，并產(chǎn)生可配置硬件加速子系統(tǒng)300的實(shí)時(shí)控制任務(wù)，輔以實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200的實(shí)時(shí)計(jì)算，達(dá)到實(shí)時(shí)控制柔性生產(chǎn)線的目的。
[0027]同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)所述柔性生產(chǎn)線的開(kāi)放式控制，所述任務(wù)處理子系統(tǒng)100、實(shí)時(shí)計(jì)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(guò)設(shè)定的電氣接口重新配置功會(huì)泛。
[0028]具體地:
[0029]任務(wù)處理子系統(tǒng)100上可部署開(kāi)發(fā)與應(yīng)用層功能。通過(guò)應(yīng)用層的編程接口，可以對(duì)任務(wù)處理子系統(tǒng)100的通用數(shù)據(jù)處理體系結(jié)構(gòu)中的非易失性存儲(chǔ)器件內(nèi)的內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)，從而實(shí)現(xiàn)“任務(wù)處理子系統(tǒng)”的程序改寫(xiě)。
[0030]實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200上可部署實(shí)時(shí)調(diào)度層功能。通過(guò)應(yīng)用層的編程接口，可以對(duì)實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)200的數(shù)字處理體系結(jié)構(gòu)中的非易失性存儲(chǔ)器件內(nèi)的內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)調(diào)度層”功能重構(gòu)。
[0031]可配置硬件加速子系統(tǒng)300上可部署各種實(shí)時(shí)控制功能(例如運(yùn)動(dòng)控制、邏輯控制以及機(jī)器視覺(jué)等)。在設(shè)定模式下，通過(guò)應(yīng)用層的編程接口，可以對(duì)可配置硬件加速子系統(tǒng)300的可編程邏輯器件的體系結(jié)構(gòu)中的非易失性存儲(chǔ)器件內(nèi)的內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)，從而改變與重構(gòu)可配置硬件加速子系統(tǒng)300的功能與工作內(nèi)容。
[0032]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)智能機(jī)械的開(kāi)放式控制，其特征在于，包括: 任務(wù)處理子系統(tǒng)，基于通用數(shù)據(jù)處理體系結(jié)構(gòu)； 實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)，基于實(shí)時(shí)數(shù)字處理體系結(jié)構(gòu)； 可配置硬件加速子系統(tǒng)，基于可編程邏輯器件的體系結(jié)構(gòu)；所述可配置硬件加速子系統(tǒng)分別與所述任務(wù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)通信連接； 所述任務(wù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)計(jì)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(guò)設(shè)定的電氣接口重新配置功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器，其特征在于，所述任務(wù)處理子系統(tǒng)的通用數(shù)據(jù)處理體系結(jié)構(gòu)是以x86、ARM或MIPS架構(gòu)的處理器為基礎(chǔ)構(gòu)建。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器，其特征在于，所述實(shí)時(shí)計(jì)算與控制子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字處理體系結(jié)構(gòu)以數(shù)字流處理器為核心進(jìn)行構(gòu)建。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式可重構(gòu)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(chǎng)可編程門(mén)陣列或復(fù)雜可編程邏輯器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式可重構(gòu)智能控制器，其特征在于，所述任務(wù)處理子系統(tǒng)還包括網(wǎng)絡(luò)接口。
【文檔編號(hào)】G05B19/05GK204256465SQ201420711157
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】吳宏, 呂恕 申請(qǐng)人:固高科技(深圳)有限公司