具体描述
《PLC系统配置及软件编程》分为硬件篇、软件篇及实验篇。主要以新生代国产PLC为实例，对 PLC的硬件配置及软件编程做了全面介绍。硬件篇先是介绍PLC硬件配置原理，接着分别对PLC硬件的基本配置、扩展配置及网络配置做了详细介绍，最后还对冗余配置的原理及解决方案做了叙述。
软件篇先是介绍新生代国产PLC编程资源及软件平台，接着围绕PLC的顺序控制、过程控制、运动控制、数据处理及连网通信，介绍编程理论、算法及技巧，最后还对新生代PLC程序组织做了全面论述。
实际操作是真正了解、熟悉PLC所不可缺少的环节。所以，《PLC系统配置及软件编程》也另辟实验篇对其做了介绍，其内容也可以作为熟悉PLC编程的程序实例。
《PLC系统配置及软件编程》可作为PLC工程技术人员参考用书，也可作为有关培训班以及高等院校相关专业教学用书。
工业自动化与控制技术系列丛书 书名：现代嵌入式系统设计与实践 作者： 资深自动化工程师团队 出版社： 机械工业出版社 --- 丛书定位与目标读者 本丛书旨在填补当前市场上针对中高端嵌入式系统开发与应用领域知识体系的空白，重点关注新一代工业控制、物联网（IoT）边缘计算以及高可靠性嵌入式设备的软硬件协同设计。我们致力于提供一套从基础理论到前沿应用的深度技术指南，帮助读者构建坚实的系统级设计能力。 本丛书不涉及传统的面向特定品牌PLC（如西门子S7系列、三菱FX系列等）的图形化或梯形图编程方法，也不深入探讨PLC硬件选型、现场总线（如Profibus、DeviceNet）的配置细节，更不会涉及PLC内部指令集或特定厂商的组态软件操作步骤。 目标读者群包括： 1. 嵌入式系统硬件工程师： 需要深入理解SoC/MCU架构、电源管理、高速信号完整性及嵌入式Linux内核裁剪与驱动开发的专业人士。 2. 固件与底层软件开发人员： 致力于RTOS移植、Bootloader开发、设备驱动编写及系统性能优化的技术人员。 3. 物联网（IoT）边缘计算架构师： 负责设计和实现连接云端与现场设备的边缘计算节点，需要掌握容器化、轻量级操作系统及数据安全机制的专家。 4. 高级自动化系统集成商： 寻求将传统控制系统升级到基于微处理器或FPGA的智能控制平台，并要求具备深厚软件功底的工程师。 --- 本卷：《现代嵌入式系统设计与实践》内容详述 本书作为丛书的奠基之作，聚焦于现代嵌入式设备的核心设计哲学和关键技术栈，为构建高性能、低功耗的自主可控控制平台提供理论支撑和实践指导。全书共分为六大部分，约40万字。 第一部分：高性能嵌入式处理器架构与选型（约8万字） 本部分详尽分析了当前主流嵌入式处理器的技术路线和演进趋势，侧重于非传统PLC主控芯片的应用。 1.1 处理器选型哲学： 深入探讨RISC-V、ARM Cortex-A/R系列在工业控制场景下的适用性对比，分析其功耗效率、实时性表现及生态系统成熟度。重点讲解异构计算单元（如GPU、NPU）在数据预处理中的集成方法。 1.2 内存子系统与缓存一致性： 详细剖析LPDDR4/5的接口设计要求、时序控制，以及多级缓存（L1/L2/L3）的工作原理。讲解在实时系统中，如何通过软件手段管理缓存污染，确保数据访问的确定性。 1.3 启动流程与安全引导链： 全面解析从芯片上电到操作系统加载的完整过程，包括BootROM、Bootloader（U-Boot/Bare-metal）的定制化开发。重点阐述硬件信任根（RoT）、安全启动（Secure Boot）和固件加密的实现路径，确保系统启动的安全性。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与Linux内核定制（约10万字） 该部分是本书的核心，旨在提供在嵌入式平台上实现高可靠性与实时性的技术细节，完全脱离了传统PLC的内置操作系统范畴。 2.1 RTOS深度解析与适配： 详细介绍FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS的内核结构，包括任务调度算法（抢占式、优先级继承）、信号量、消息队列的高效使用。着重讲解如何通过修改内核配置，优化中断延迟和上下文切换时间。 2.2 嵌入式Linux内核裁剪与实时补丁： 教授如何针对特定硬件平台进行Linux内核的精简编译，以减小内存占用。重点深入讲解PREEMPT_RT补丁集的原理和启用方法，实现Linux内核的准实时性，适用于需要复杂网络堆栈或图形界面的控制应用。 2.3 设备树（Device Tree）的编译与驱动接口： 详细讲解DTB文件的编写、编译和加载机制，及其在描述硬件资源和初始化外设中的作用。指导读者如何基于DTB信息，编写高效的字符设备驱动和平台驱动。 第三部分：高性能I/O接口与数据采集（约7万字） 本部分关注如何绕过传统I/O模块的限制，利用现代SoC的集成能力实现高速、多通道的数据采集与控制输出。 3.1 高速串行通信接口应用： 深入研究PCIe、SGMII等高速接口在数据传输中的应用，例如连接外部高速ADC/DAC模块或FPGA协处理器。讲解DMA（直接内存访问）的原理及其在零拷贝数据传输中的配置与编程。 3.2 嵌入式网络协议栈的优化： 不涉及现场总线协议的配置，而是专注于TCP/IP、UDP协议栈在嵌入式设备上的轻量化实现。讨论如何利用eBPF技术对网络数据包进行实时过滤和加速处理，适用于边缘侧数据预聚合。 3.3 模拟与数字I/O的直接驱动技术： 教授如何直接通过GPIO、PWM模块模拟或生成特定波形，以及如何设计与SoC/MCU直接交互的隔离式输入输出电路，避免中间协议转换带来的延迟。 第四部分：嵌入式系统容器化与边缘计算（约6万字） 本部分引领读者进入工业物联网（IIoT）的前沿架构，关注软件的快速部署、隔离和管理。 4.1 容器化技术在工业场景的应用： 探讨Docker、Podman等容器技术在嵌入式Linux上的部署挑战与解决方案。重点分析OverlayFS、存储驱动对系统性能的影响。 4.2 容器运行时与系统隔离： 讲解使用Kata Containers或gVisor等轻量级虚拟化技术，实现对核心控制任务的强隔离，确保应用故障不影响底层实时操作系统的稳定性。 4.3 边缘数据融合与云计算连接： 描述如何使用MQTT、OPC UA（仅从客户端/SDK角度）在边缘设备上实现数据的高效封装和安全传输，以及与云平台（如AWS IoT Greengrass, Azure IoT Edge）的集成认证机制。 第五部分：系统级调试、验证与可靠性工程（约5万字） 本部分强调工业级产品的设计必须具备强大的可维护性和长期稳定性。 5.1 硬件调试与固件级故障诊断： 讲解JTAG/SWD调试接口的高级用法，包括断点设置、内存映射查看及系统级寄存器追踪。深入分析电源噪声（PDN）对系统稳定性的影响及对策。 5.2 远程固件空中升级（OTA）： 设计健壮的A/B分区升级策略，确保升级失败时系统能够自动回滚至上一个稳定版本。涵盖固件签名验证和传输通道加密。 5.3 系统功耗管理与热设计： 分析动态电压和频率调节（DVFS）在嵌入式控制中的应用，如何平衡计算性能与散热要求。讲解温度传感器数据的采集与反馈控制机制。 --- 结语： 《现代嵌入式系统设计与实践》致力于提供一套超越传统自动化工具链限制的技术框架。本书的知识体系建立在现代微处理器架构、先进操作系统技术和分布式计算范式之上，旨在培养工程师构建下一代自主、灵活、高性能工业控制系统的核心能力。阅读本书后，读者将能够独立完成从芯片选型、底层驱动开发到复杂边缘应用部署的全过程。
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