FreePLC的基本原理 FreePLC与YAPLC对比分析

FreePLC系统简介

FreePLC的继承关系

又好久没有更新了，之前想了好几个题目，有些也写了一半，但是自打阳了之后就变成懒羊羊了，这两天恢复的不错，把之前的坑给大家填上，大概花了两周业余时间，把FreePLC移植到i.MX RT和LPC55系列产品中，今天先更新下概述部分。

FreePLC是基于YAPLC(Beremiz)开发的一款开源PLC开发平台，与主线Beremiz区别：

FreePLC上位机IDE使用Python2开发，而主线Beremiz使用Python3，故不能兼容主线的Beremiz

FreePLC主要针对使用MCU的中小型PLC，而主线Beremiz主要针对SoftPLC(基于X86或MPU平台)

FreePLC与YAPLC相比，有以下区别：

FreePLC更换了MCU平台，目前支持NXP公司主流的几款MCU：Kinetis KV，KS系列，i.MX RT10xx系列和LPC55S69系列产品

增添了在线下装相关的串口命令，全系支持IAP下载用户code，编译固件按照512字节大小对齐(由Flash的Page大小决定)

增大了I, Q, M区的大小，I区支持1KB，Q区支持1KB，M区支持2KB，这里兼容了小RAM的MCU，针对RT10xx这种大RAM平台，可以通过修改宏的方式支持更大的分区

删除了部分未使用的代码，比如RTC

更新GCC编译器到10.3 2021.10版本，支持Cortex M33内核

FreePLC的基本原理

FreePLC是一款编译型的PLC，通过PLCopen支持的IEC61131-3编程语言进行用户程序的开发。并使用MatIEC，将用户编程的逻辑从ST语言转换为C语言，之后通过GCC将它编译为可执行的二进制代码下装到目标MCU平台，MCU平台需要运行RTS程序去加载运行用户程序，并给用户程序提供相应的接口函数。

FreePLC目录结构：

FreePLC软件由以下几部分构成：

Beremiz源码，用户一般不需要进行修改

CanFestival-3：开源的CANOpen协议栈，目前尚未使用该功能

CloudPLC：FreePLC的Target目录，根据不同的MCU平台可以在里面添加不同的Target

FreePLC_Example：PLC的示例目录，里面有写好的一些参考工程，可以直接编译Run在不同的目标板上

gnu-arm-embedded：GCC编译器，用户一般不需要进行修改

matiec：将用户工程的ST文件转换为C文件的工具，用户一般不需要进行修改

mingw：Windows支持GCC的runtimer

python：已经打包好的python2，用户一般不需要进行修改

RTS：该目录为MCU测得开源工程，用户可以根据自己的设计进行修改

YaPySerial：python调用得串口工具，用户一般不需要进行修改

打开CloudPLC可以看到如下目录，具体如何制作Target，可以参考《如何制作Target》文件

打开RTS目录，可以看到下面4个不同的Target

其对应的硬件平台均为NXP官方开发板：

FreePLCvKS22：使用MAPS-KS22F256（https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/MAPSKS2XF256UG.pdf）

FreePLCvKV4：使用TWR-KV4（https://www.nxp.com/design/development-boards/tower-development-boards/mcu-and-processor-modules/kinetis-modules/kinetis-kv4x-family-tower-system-module:TWR-KV46F150M）

FreePLCvLPC55xx：使用LPCXpresso55S69 Development Board（https://www.nxp.com/design/development-boards/lpcxpresso-boards/lpcxpresso55s69-development-board:LPC55S69-EVK）

FreePLCvRT10xx：使用i.MX RT1060 Evaluation Kit（https://www.nxp.com.cn/design/development-boards/i-mx-evaluation-and-development-boards/i-mx-rt1060-evaluation-kit:MIMXRT1060-EVKB）

FreePLC待改进部分

连接目标板时，仅通过md5检测用户工程的完整性，但并未验证目标板的类型，由于协议是相同的，故存在连接错误目标板的可能。后续会加入目标板ID的判断。

尚未添加看门狗功能，添加看门狗功能时，需要判断看门狗的复位次数，在很短的一段时间内，如果连续多次的看门狗复位，则不再加载用户程序（有可能用户程序有死循环或者其他bug）

目前只有Kinetis系列支持Reset源判断，因为PLC应用中，如果MCU意外出现热复位情况（除POR, PIN之外，例如看门狗，Software Reset等），加载用户程序时要求Q区不进行初始化以保证输出保持状态。i.MX RT和LPC系列暂时并未添加该功能

无扰下装，FreePLC目前下载过程会停机升级，很多工业现场设备要求不停机升级，后续会在大RAM的MCU产品中将用户程序搬移到RAM中去实现无扰下装

目前只有Kinetis KV系列实现了retain区的功能，这部分代码写的比较早，有点乱，后续会重新封装

丰富PLC示例工程

增加以太网连接及下装功能

目前Kinetis KV系列目标中添加了OpenModbus协议，但并未做和RTS之间的接口，所以还不能挂接IO模块。后续将添加Mosbus配置接口去挂载支持Modbus的IO模块

上位机IDE还有一些已知bug，不精通python，可能无法及时修复

写在最后

本开源项目不承诺及时更新并修复bug，不支持任何商业项目，纯属个人学习，目的在于分享PLC技术的底层知识，有兴趣的朋友可以一起交流。目前很多主流厂商都在使用Codesys平台，该平台确实非常优秀，功能非常丰富，价格也很美丽，但总归受制于人，从最底层了解PLC的机制有助于开发属于自己的产品。

这几天应该就能收到最新的MCX了，想想就很激动哦。

晕，正准备上传库，突然发现Gitee的密钥找不到了，等找回了就上传。

编辑：黄飞