PLC在现代自动化行业中应用广泛,随着ARM和FPGA等新技术的发展,对PLC的设计,有基于ARM硬件平台,或者基于FPGA硬件平台,还有基于ARM+FPGA硬件平台,课题根据项目组正在研制的小型PLC,应用STM32F407IGT6与EP4CE10F17C8N作为核心控制器,对前期设计的PLC系统的软件平台与硬件电路进行了优化设计,主要取得了以下研究成果:(1)软件平台的搭建与优化。首先,结合Micrum官方移植实例与μCOS-Ⅱ体系结构在STM32F407硬件上移植了μCOS-Ⅱ操作系统;然后,测试该系统的任务管理功能,设计了PLC系统线程模型;最后,应用互斥信号量与消息队列优化了PLC系统任务间的同步与通信,采用分块式内存管理方式优化了操作系统的内存管理功能,重新编写了OSSTart High Rdy汇编函数。(2)PLC源程序下载方式优化与存储器空间分配。针对上位机编程系统与PLC运行系统之间源程序的传输效率较低的问题,将数据帧格式中有效数据字节数增加至512字节,并将串口IAP传输方式设计为串口DMA收发方式;对ARM侧的FLASH空间和RAM空间进行了合理划分;将μCOS-Ⅱ操作系统的堆内存规划至64 KB CCM片内SRAM中,避免了PLC系统的堆栈数据与操作系统运行空间发生冲突,提高了PLC系统整体的运行效率。(3)基于STM32F407的FSMC总线,设计了ARM-FPGA通信总线接口电路及其读写时序,合理规划了FPGA侧双口RAM地址空间;根据FPGA各功能模块指令格式,结合PLC主机运行的各种状态、ARM和FPGA执行指令序列的特点,提出ARM侧指令设计的原则,优化设计ARM向FPGA侧发送的指令格式;设计了晶体管和继电器输出电路,优化了PLC系统与CAN功能模块的供电方式。(4)PLC系统功能应用测试。通过监控上位机编程系统与PLC运行系统之间的数据交换过程,验证了串口DMA下载方式设计的正确性;按照项目组设计的指令格式,将全自动塑料中空成型机系统梯形图程序及其指令表语句程序录入上位机编程系统,验证编程系统功能的正确性;通过ARM侧与FPGA侧对双口RAM的数据操作,验证了ARM-FPGA总线能够实现两者之间的正确通信;编写PLC输入采集与输出刷新程序,验证了输入输出电路功能正确。