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6ES7231-7PC22-0XA0安装调试
新的应用设备提供供电的能力。
1.2 什么是PoE以太网供电PoE (Power Over Ethernet) 以太网供电这项创新的技术，指的是现有的以太网CAT-5布线基础架构在不用作任何改动的情况下就能保证在为如IP电话机、无线局域网接入点AP、安全网络摄像机以及其他一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的能力。PoE技术用一条通用以太网电缆同时传输以太网信号和直流电源，将电源和数据集成在同一有线系统当中，在确保现有结构化布线安全的同时保了现有网络的正常运作。
大部分情况下，PoE的供电端输出端口在非屏蔽的双绞线上输出44~57V的直流电压、350~400mA 的直流电流，为一般功耗在15.4W以下的设备提供以太网供电。典型情况下，一个IP电话机的功耗约为3~5W，一个无线局域网访问接入点AP的功耗约为6~12W，一个网络安全摄像机设备的功耗约为10~12W。
1.3 PoE以太网供电的好处PoE以太网供电为用户带来的好处是显而易见的，将在未来几年内受到用户的大力欢迎。
它节约成本。因为它只需要安装和支持一条而不是两条电缆。一个AC电源接口的价格大约为100～300美元，许多带电设备，例如视频监视摄像机等，都需要安装在难以部署AC电源的地方。随着与以太网相连的设备的增加，如果无需为数百或数千台设备提供本地电源，将大大降低部署成本，并简化其可管理性。
它易于安装和管理。客户能够自动、安全地在网络上混用原有设备和PoE设备，能够与现有以太网电缆共存。
它安全。因为PoE供电端设备只会为需要供电的设备供电。只有连接了需要供电的设备，以太网电缆才会有电压存在，因而了线路上漏电的风险。
它得于网络设备的管理。因为当远端设备与网络相连后，将能够远程控制、重配或重设。
更多增强的应用。随着IEEE 802.3af标准的确立，其他大量的应用也将快速涌现出来，包括蓝牙接入点、灯光工作、网络打印机、IP电话机、Web摄像机、无线网桥、门禁读卡机与监测系统等。用户在当前的以太网设备上融合新的供电装置，就可以在现有的网线上提供48v直流电源，降低了网络建设的总成本，并且保护了投资。
2.1 PoE以太网供电技术2.1.1 PoE以太网供电系统介绍一个完整的PoE系统包括供电端设备（Power Source Equipment，PSE）和受电端设备（Powered Device，PD）两部分,两者基于IEEE802.3af标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据控制供电端设备PSE通过以太网向受电端设备PD供电。
供电端设备PSE可以是一个 Endspan (已经内置了PoE功能的以太网供电交换机)和 Midspan (用于传统以太网交换机和受电端设备PD之间的具PoE功能的设备)两种类型，而受电端设备PD则是如一些具PoE功能的无线局域网AP、IP电话机等终端设备。
操作电压一般情况下为 48 Vdc，但其也许可能在 44 Vdc 和 57Vdc之间，但无论如何是不能超过60Vdc的。
由PSE产生的*大电流一般情况下在 350mA 到 400mA 之间变化。这将确保以太网电缆不会由于其本身的阻抗而导致过热。
上述两个值使得PSE在其端口输出会产生*小15.4W 的功率输出，考虑到经过以太网电缆后的损耗，受电端设备PD所能接受到的*大的功率为 12.95W。
2.1.2 PoE以太网供电的线对选择根据IEEE 802.3af的规范，有两种方式选择以太网双绞线的线对来供电，分别称为选择方案A与选择方案B。
方案A是在传输数据所用的电缆对((1/2 & 3/6)之上同时传输直流电，其信号频率与以太网数据信号频率不同以确保在同对电缆上能够同时传输直流电与数据。方案B使用局域网电缆中没有被使用的线对(4/5 & 7/8)来传输直流电，因为在以太网中，只使用了电缆中四对线中的两对来传输数据，因此可以用另外两对来传输直流电。
现在 Endspan (已经内置了PoE功能的以太网供电交换机)解决方案产品如NETGEAR公司的产品 FSM7326P 采用方案A也就是采用在传输数据所用的电缆对((1/2 & 3/6)之上同时传输直流电，这样就确保交换机端口同时允许千兆以太网(Gigabit Ethernet)和以太网供电(PoE)共存，可提供10/100/1000Mbps三种速度的连接,并且Endspan在信号传输上对质量更有保证。
2.2 PoE系统以太网供电工作过程供电端设备PSE是整个POE以太网供电过程的管理者。当在一个网络当中布置PSE供电端设备时，PoE以太网供电工作过程如下：
1. 检测过程。刚开始的时候，PSE设备在端口只是输出很小的电压，直到其检测到其线缆的终端连接为一个支持IEEE 802.3af 标准的受电端设备。
2. PD端设备分类。当检测到受电端设备PD之后，供电端设备PSE可能会为PD设备进行分类，并且评估此PD设备所需的功率损耗。
3. 开始供电。在一个可配置的时间(一般小于15微秒)的启动期内，PSE设备开始从低电压开始向PD设备供电，直至提供到 48Vdc 级的直流电源。
4. 供电。为PD设备提供稳定可靠的48Vdc 级直流电，满足PD设备不越过15.4W的功率消耗。
5. 断电。如果PD设备被物理或者电子上从网络上去掉，PSE就会快速地(一般在300 – 400 ms的时间之内)停止为PD设备供电，并且又开始检测过程检测线缆的终端是否连接PD设备
在整个过程当中，一些事情如PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等会造成整个过程在中间会中断，又会从第一步检测过程开始。
2.3 PoE供电端设备电源管理如果一个24端口的Endspan 交换机在每个端口都提供 15.4W的电源输出的话，整个交换机则要求提供高达370W的功率输出！这会导致整个交换机要处理过热的问题。而在一个企业的典型应用当中，可能需要连接20个 IP电话(一般每个为4-5Watts)，连接2个无线局域网接入点AP（一般每个约为 8-10Watts），连接 2个网络摄像机(一般每个约为10-13Watts)，总计需要约146Watts。考虑到成本因素及其他，因此一般的Endn以太网供电交换机的输出功率都设计在150Watts到200Watts之间，如NETGEAR公司三层以太网供电交换机FSM7326P就能提供170Watts的直流电输出。另外也可以根据各种情况对各个不同端口的输出直流电进行各种各样的管理以满足用户的不同需要。
随着微处理器技术的发展，近年来PLC的发展有了一个新的方向——基于微处理器的嵌入式软PLC技术，它充分综合了现代计算机软、硬件资源以及成熟的现场总线和网络通讯技术，为开发以软件技术为核心的嵌入式软PLC铺平了道路。采用高端微处理器作为PLC的CPU，大大加强了PLC的功能，逐步发展成为广泛应用的新一代工业自动化控制装置，研究高可靠性和精确实时性的新型嵌入式软PLC必将是工业控制领域的发展趋势。
2嵌入式软PLC硬件架构
考虑到煤矿井下现场工业控制的复杂环境，嵌入式软PLC运行系统硬件平台必须保证整个系统运行的可靠性和稳定性，并且要求抗干扰能力强，利于扩展。嵌入式软PLC硬件平台主要由以下几个部分构成：CPU处理器核心、电源模块、通讯模块、输入/输出模块以及各种外围扩展单元等，系统整体架构如图1所示。
该设计中CPU选用的是Atmel公司的一款8位AVR内核结构的微处理器AT90CAN128。AT90CAN128是一款基于AVR增强型RISC结构、低功耗、采用高密度非易失存储器技的单片机。芯片执行单时钟周期的指令，高达1MIPS/MHz的数据吞吐率，有效地优化了系统在处理速度和功耗之间的矛盾[1]。
AT90CAN128芯片内的ISP Flash，可以通过SPI接口多次编程。一个引导程序使用任何接口，下载用户程序到应用Flash存储器，实现用户程序的多次编程，这为嵌入式软PLC运行系统的设计应用提供了灵活且的解决方案。设计中，在嵌入式微处理器上的系统应用程序只需要移植一次，就可以在不同的用户环境中正确执行。即使当硬件平台发生变化时，只需要对用户程序进行编辑移植就可，而系统应用程序则不需要任何改变。这样有效保护了系统应用程序资源，提高了系统开发效率，增加了应用程序的复用率。
3Boot Loader的原理
在嵌入式应用软件平台上，Boot Loader的作用其实同我们使用的PC上的BIOS类似，通过这段程序，我们可以对运行系统上的主要硬件进行初始化、建立内存空间映射等工作，为应用系统的启动准备环境。我们使用Boot Loader可以在目标板上实时下载更新梯形图文件，因此一个功能强大的Boot Loader已经相当于一个微型操作系统了。
一般来讲，在嵌入式系统中Boot Loader的设计是严重依赖于其硬件的，要想建立一个通用的Boot Loader几乎是无法实现的。不同的硬件体系结构都对应于不同的Boot Loader。Boot Loader的设计还依赖于嵌入式微处理器的配置应用，所以论文中对AT90CAN128上的Boot Loader需要专门设计。PC硬件平台上，硬件通过BIOS启动的。在嵌入式平台上，AT90CAN128中没有像BIOS那样的固件程序，Boot Loader是硬件上执行的第一段代码，因此整个系统的加载启动任务就完全是由Boot Loader来完成。当引导程序完成任务后，将控制权交至应用程序进行执行代码。
论文中基于AT90CAN128的Boot Loader编程设计采用交叉编译方法，使用C语言内嵌汇编方式编写，具有可移植性强、阅读方便理解、代码内存小等优点。Boot Loader的设计是实现梯形图实时更新下载的关键，论文中设计的嵌入式软PLC与PC机之间的通信和交换数据是通过RS232串口实现， Boot Loader设计要点主要有对于进入和切换Boot Loader和应用程序区的方式的设计。
4AT90CAN128的Boot Loader程序设计
论文中运用AT90CAN128单片机的Boot Loader程序设计，用户可以方便地利用PC机对嵌入式软PLC控制分站进行应用程序远程升级。我们只需要在单片机中加入一个Boot Loader程序，当需要更新梯形图程序时，上位机编辑好梯形图程序后通过RS232串口下载，即可以实现用户对PLC控制分站梯形图的自编程更新。而在嵌入式微处理器上的梯形图程序解释只需要在开始时移植一次，就可以实现梯形图的不断更新，解决了现场工作人员对计算机系统程序知识缺乏的问题，提高了的工作效率。
AT90CAN128片内具有128K字节的Flash，Flash程序存储器被分成了两个区：引导程序区和应用程序区。嵌入式软PLC运行系统的软件设计主要分为两部分：加载更新梯形图的引导程序区Boot Loader程序设计、梯形图解释执行的应用程序区程序设计。其软件编程设计框架如图2所示。
对运行系统中的软件进行设计时，编辑环境是使用Image Craft的ICCAVR编译器，下载器采用AVR Studio4，编辑语言采用C语言程序设计。ICCAVR是一种使用符合ANSI标准的C语言来开发微控制器程序的一个工具，它综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境（IDE）。这个工程管理器可以直接生成我们希望得到的可以直接使用的INbbb HEX格式文件，INbbb HEX格式文件被大多数编程器所支持，包含了程序的机器代码，用于下载程序到芯片中去。AVR Studio4是一个完整的开发工具，包括了编辑、功能，我们可以编辑源代码，并将源代码下载到AVR器件上运行。
4.1Boot Loader程序进入方式的选择
为了实现从应用程序区到Boot Loader区的跳转，在基于AT90CAN128单片机的软件设计中，我们使用中断信号触发、运行系统上电复位和通过调用跳转函数这3种方式，都可以进入Boot Loader区。
通过中断信号触发进入到Boot Loader区，其实就是由一些触发信号启动，例如在程序运行过程中，串行端口中断被触发接收到一些相关的字节命令，运行系统即进入到中断操作中。在程序运行中，上位机通过向UART端口发送远程控制命令时，程序进入UART中断运行程序，论文中程序设计为当微处理器的USART1接受到串口0xFF信号时进入中断。此方法在应用程序区中的软件的编程比较简单，只需要在程序中加入一条中断指令。当运行系统在运行时，若监测到UART1中断被触发时，论文中软件设计判断触发信号是否为0xFF字符，若是此信息则执行复位发生，使得程序运行从应用程序区跳到Boot Loader区。如果是别的字符命令，则根据软件定义进行相应的操作。
#pragma interrupt_handler uart1_rx_isr：31
void uart1_rx_isr(void)
{
char pflag;
pflag = UDR1;
if(pflag == 0xff)
while(1);
}
第二种方法即上电复位更加直接，因为Boot Loader是在系统加电后就立即运行的第一段代码，我们可以通过编程引导复位熔丝位，使得复位向量指向引导Flash区的起始地址，而Boot Loader通常放置在不易丢失的存储器的开始地址，这样运行系统断电上电就等于发生了一个复位操作，Boot Loader就被启动了。因为单片机本身不会改变熔丝位的设置，所以当我们通过软件上将复位熔丝位编程后，这就意味着复位向量会一直指向Boot Loader的起始地址。熔丝位可以通过串行或并行编程的方法来改变，完成Boot Loader加载用户程序代码后，程序开始执行应用程序代码。
第三种方法通过调用跳转函数的方式进入到Boot Loader区也比较简单，当需要进入到Boot Loader区时，只需要加入一个跳转函数。论文中通过AVR Studio4设置嵌入式软PLC的Boot Loader区大小配置为4096字节，Boot Loader区复位地址(Boot Loader起始地址)为0xf000。结合汇编语言，这样一个简单的通过跳转指令进入引导程序C编程代码如下所示：
void appl_boot(void)
{
MCUCR = 0x00;
MCUCR = 0x01; //中断向量表迁移到Boot区头部
RAMPZ = 0x01; //RAMPZ初始化
asm("jmp 0xf000\n");//跳转到Flash的0xf000处，执行引导加载程序
}
这样等待用户梯形图程序更新完成，加载了梯形图应用代码后，会自动进入用户应用程序，MCU开始执行应用程序代码。执行更新完程序后从Boot Loader区跳出自动运行用户应用程序，是通过下面语句实现的。
void boot_appl (void)
{
MCUCR = 0x01;
MCUCR = 0x00; //中断向量表迁移到应用程序区头部
RAMPZ = 0x00; //RAMPZ清零初始化
asm("jmp 0x0000\n"); //跳转到Flash的0x0000处，执行用户应用程序
}
完成了以上工作，接下来就可以进行实际的C程序设计了。
4.2Boot Loader程序设计
Boot Loader有两种不同的操作模式：“启动加载”和“下载”模式。
启动加载是Boot Loader的正常工作模式，Boot Loader从单片机的固态存储器上将操作系统加载到RAM中运行等，整个过程没有用户的介入。下载模式是指Boot Loader通过串口连接或者网络连接等通信手段从主机下载文件。
论文为实现梯形图的可在线下载更新，设计的Boot Loader支持这两种模式，而且允许在这两种工作模式之间切换[2]。
比如当系统上电后Boot Loader在启动时处于正常就启动加载模式，但是程序会延时等待1分钟（等待时间长短可以根据实际情况调整程序可变），设计中通过初始化PORTE2口控制LED的亮灭来观察系统的运行状态。如果在一分钟内如果UART1口接收到编程下载更新梯形图代码命令，则将切换到下载模式，进入梯形图代码更新状态，等待梯形图代码更新完毕后开始执行更新后的新应用程序。如果1分时间内没有收到编程下载更新梯形图代码命令，程序自动跳转到应用程序区，继续执行单片机内原有保存的PLC梯形图程序，
http://www.absygs.com
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