CoDeSys

很多机器人控制软件都是借助CoDeSys实现的，那么CoDeSys是什么呢？　

CoDeSys是德国3S公司推出的一款付费的软PLC开发软件，简单来说，它包括两部分：Development System和Runtime System。Development System就是用来编程的软件界面（就像Visual Studio、Eclipse等软件，也可以称为IDE），设计、调试、编译PLC程序都在IDE中进行，这部分是用户经常打交道的；程序写好了以后，就要把它转移到硬件设备中执行。可是这时生成的PLC程序自己是无法运行的，它还要在一定的软件环境中才能工作，这个环境就是Runtime System（也叫运行核），这部分是用户看不到的。二者安装的位置通常不同，IDE一般安装在用户的开发计算机上，Runtime System则位于起控制作用的硬件设备上，程序通过网线或串口线下载到Runtime中运行。　　

CoDeSys为什么要分成两部分？最主要的原因是CoDeSys主要运行在嵌入式系统中，例如ARM或者DSP芯片。这样的系统资源有限，不可能在其上建立庞大、复杂的开发环境，因而其开发环境和运行环境相互分离。因此，嵌入式软件的开发方式一般是，在宿主机（Host）上建立开发环境，进行应用程序代码的编写和交叉编译，然后宿主机与目标机（Target）建立连接，将应用程序下载到目标机上进行交叉调试，经过调试和优化，最后将应用程序固化到目标机中实际运行。当然，随着芯片的性能越来越强大，如果选择资源丰富的芯片，那么CoDeSys的开发环境和运行环境放在一起也没什么问题。我们自己的个人电脑不就是编译和运行程序都能完成吗。 

CoDeSys在工业控制领域的应用非常广泛，上面提到的很多机器人公司都使用了它的产品，例如KEBA、倍福、固高、台达、广州启帆机器人、新时达机器人。3S公司只卖底层软件，不卖硬件和上层应用程序，应用程序和硬件电路需要由用户自己设计，3S公司负责将Runtime System移植到客户的硬件上。Runtime System可以裸跑在硬件上，但一般是运行在操作系统上，配置操作系统也是客户的工作。如果客户要求，CoDeSys的IDE可以定制，换成客户的logo和外观，这就是为什么你会发现不同厂家的开发平台长得不一样，但风格又比较相似。当然，用户也可以使用其它IDE，例如倍福就使用了Visual Studio，而背后的编译器等内核功能以及函数库仍然采用CoDeSys的方案。CoDeSys的Runtime具有强大的适应性，支持绝大多数的操作系统和芯片类型。

CoDeSys的IDE部分是免费的，你可以从官网下载体验。真正收费的是运行系统Runtime System以及一系列的通信、运动控制组件。

CoDeSys采用.Net技术开发，其在设计之初就将功能划分为若干组件模块，例如总线协议栈、可视化界面、运动控制、安全控制等等，用户可以像搭积木一样选购必需的模块搭建自己的系统，最后形成一个定制化的控制软件平台。一些初次接触软PLC的用户可能对这部分感到陌生，但其实这种设计方式非常普遍。举几个例子，MATLAB Simulink的实时工具箱（Real-Time）就是这样的工作方式，用户在Simulink的图形界面里通过拖拽设计控制程序，然后下载到真实的硬件中跑，可以在这里了解。还有像倍福也是这样的使用方式，用户在TwinCAT IDE里进行编程，然后下载到倍福的控制器中，控制器里面其实已经预装了一个Runtime。西门子的STEP7也是一款IDE，它的PLC中也存在一个配套的Runtime。只不过西门子（包括日系PLC）的系统封闭而保密，外人不知道他的系统架构。

　　用户编写的PLC程序就像我们电脑里的应用程序，它运行在Runtime System上，而Runtime System又运行在操作系统之上。由于Runtime System位于应用程序和操作系统中间，所以又被称为中间件（Middleware）。简单来说，你可以把中间件看成是由驱动程序、基本的函数库等等模块组成的软件系统。因为这些程序模块主要与硬件或者底层软件打交道，与用户关系不大，所以被组织成了单独的一块。这些软件呈现给用户的是函数调用接口，也就是说你只需要会使用就行了，不用操心具体怎么实现，因为这些是驱动工程师和算法工程师的活儿。当然，大多数时候你也看不到这部分的具体实现，因为它们是以编译后的二进制文件的形式提供给你的，根本无法阅读，你顶多能看到一些头文件，其中只是一些函数和变量定义，没有什么干货。在机器人软件里面，处于同样地位的还有ROS、OROCOS等。

1、开发层

      CODESYS Development System（具有完善的在线编程和离线编程功能）、编译器及其配件组件、可视化界面编程组件等，同时供用户可选的运动控制模块可使其功能更加完整和强大。

      IEC 61131-3 编辑器。CODESYS提供了所有IEC 61131-3所以定义的五种编程语言：如结构化文本（ST）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、梯形图（LD）和指令表，此外还支持连续功能图（CFC）的编程语言。

      编译器：负责将 CODESYS 中的应用程序转换为机器代码并且优化可编程控制器的性能。当用户输入了错误的应用程序代码时，立刻会接收到编译器发出的语法错误警告及错误信息，让编程人员可以迅速做出相应纠正。用户可以不必改变编程方式，就可以使用不同的基于 CODESYS 编程的硬件装置（系统）进行工程开发。

硬件/现场总线配置器：针对不同制造商的硬件设备及不同现场总线协议，该部分负责在CODESYS中对相应参数进行设定。

      可视化界面编程：直接在 CODESYS 中即可实现可视化编程（人机界面HMI），系统已经集成了可视化编辑器。

      运动控制模块：运动控制功能已经集成在CODESYS中，形成了 SoftMotion(CNC)软件包。基于PLCopen的工具包可以实现单轴、多轴运动；电子凸轮传动；电子齿轮传动；复杂多轴CNC控制等。