遠程編程

遠程編程技術意指在遠離設備的情況下，通過某種手段對特定的PLC進行編程監控，然後根據監控數據對程序進行修改控制。

現代設備結構日趨複雜，自動化程度也越來越高，許多設備綜合了機械、電子、自動控制、計算機等先進技術，從而使設備發生故障時診斷難度增大。一般簡單問題可由設備使用、維護人員解決，但當系統出現較嚴重、複雜故障時，則需要技術人員才能解決問題。如果每次都請專業技術人員到現場服務，無疑將增加企業成本。此時，遠程編程技術即可解決這個問題。 ^[1] 

由摩爾定律可知，微電子學的快速發展使得複雜計算系統可以集中在單芯片上。需要該結構的任務可以被映射到更小的硬件資源形成片上系統。這些平台要保持高可適應性以處理不斷變化的限制，例如交流標準、實時限制、多媒體應用的代碼以及其他方面。上述的限制通常沒有使用的平台更持久。

使用微處理器可以通過更新硬件的固件來考慮到一個片的功能的適應性，從而讓系統保持到一定程度以處理這些一直不斷變化的要求。同時，片上面積是以系統表現為代價而最小化。在滿足實時限制，微處理器有時也不高效。然而專一和高特殊性硬件模塊通常是必須的，尤其是在加速單任務上面以及同時提供較多平行的可能性。一種硬件的劣勢在於自制造後不能被改變。

對於該問題的解決方案在於可重構硬件上面，例如邏輯可編程門序列。這些有助於硬件實現上述的變化且不需要重新構造完成的設備即SoC，同時提供硬件完成所有的優點。FPGA在不同時間隨着完全實施不同任務的時候進行重構。 ^[2] 

許多不同種類的多處理器系統可提高和在使用。甚至兩個主要的通用處理器的半導體公司已經公開的建議大規模多處理器芯片的益處。將多處理器系統的主要資源集中到性能上面，而不是伴隨的能量消耗。

現行的圖形處理單元包含了多處理器設計。例如，英偉達一款新型GPU包含了128個渲染處理單元。這些單元都是特別設計來處理渲染算法以及在相同圖形內的並行計算。許多同時發生的圖形計算都是可能的，然後速度就會提升起來。

同時一款新的微單元處理器(Cell processor) 由IBM，Sony和TOshiba共同研究研發出來。該微型處理器由8個Synergistic Processing Elements(SPE)和一個Power PC Processing Element(PCE)組成。每個SPE支持一個獨立處理單元(ALu)。PPE用來作為中央控制處理器(PPE)而且己IBM 的64位PowerPC結構。通過耦合每個處理器的總線接口，它們可以進行交流和交互。微處理器的設計很明確的一種高度平行化。 ^[2] 

近年來, 在電子設計領域, 可編程邏輯器件(PLD , Programmable Logic Device)得到了快速發展, 已成為繼單片機DSP(Digital Signal Processor)之後又一個最有發展前途的器件。CPLD(Complex PLD)或現場可編程門陣列(FPGA )器件具有編程方式簡便、開發週期短、運行速度快、工作可靠等特點, 現已越來越多地應用於數字電路中, 甚至代替了MCU , DSP ,ASIC 等器件構成功能完整的編程芯片系統。如何實現CPLD/FPGA 器件的遠程編程已成為國內外電子工程師們的熱門話題。針對這一問題, 人們從嵌入式CPU 技術、嵌入式操作系統、嵌入式Java 技術以及Internet 網絡技術等方面進行了一系列研究,取得了不同程度的研究成果。

如圖1所示,CPLD 器件的遠程編程系統由服務系統、網絡和客户系統三個部分組成。服務系統是整個遠程編程的中心, 分為VHDL編輯編譯模塊, Java 編輯編譯及遠程控制等模塊。其中VHDL語言的編輯、編譯模塊用於CPLD 器件功能設計, 並編譯成POF 文件， 以便下載給CPLD 器件, 使該器件實現相應的功能。Java 語言的編輯編譯模塊用於編寫及編譯Java 程序, 編譯後的代碼傳送到Java 虛擬機JVM (Java Virtual Machine), 實現JTAG端口的操作。遠程控制模塊用於實現用户信息管理、數據生成、通信控制等功能。網絡系統是目前已被人們廣泛應用的Internet網, 以低成本、高效率的通信方式為系統提供數據傳輸功能。客户系統由Java 處理器、目標電路兩大模塊組成,其中Java 處理模塊由JVM 、通令及JTAG 端口掃描、密碼管理等子功能模塊組成;目標電路模塊由CPLD 器件及相應外圍電路組成, 實現客户系統的最終功能。 ^[3] 

根據要實現的目標功能編寫VHDL 程序, 進行邏輯綜合並編譯成POF 文件。同時, 根據客户系統的硬件情況編寫Java 應用程序, 編譯成Java 字節碼, 然後對POF 文件及Java 字節碼文件打包。根據服務系統用户信息數據庫提供的地址、密碼、硬件參數等信息生成通信方案及配置方案, 服務系統通過Internet 與客户進行通信, 把相應的硬件配置、Java 字節碼文件及POF 文件包發送到客户系統的RAM 中。Java 處理器上的嵌入式Java 應用程序在JVM 平台上運行, 完成與服務器的通信, 同時對下載到RAM 中的Java 應用程序POF 文件進行解密, 對服務系統發過來的信息進行識別, 如果都正確, 則執行解密後的Java 應用程序。Java應用程序作為服務系統對CPLD 操作的代理, 首先對預配置的CPLD 進行測試, 檢測硬件參數是否正確, 並把相關信息送回服務系統, 如果硬件參數滿足配置要求, 則通過JTAG 端口發送POF 文件, 對CPLD 進行配置。配置結束後, 對配置過的CPLD 進行再次測試, 並把結果送回服務系統。 ^[3]