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电气技术||详解西门子间接寻址

jijun  发表于 2018/4/26 10:09:57      356 查看 36 回复  [上一主题]  [下一主题]

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【地址的概念】 

  完整的一条指令,应该包含指令符+操作数(当然不包括那些单指令,比如NOT等)。其中的操作数是指令要执行的目标,也就是指令要进行操作的地址。
  我们知道,在
PLC中划有各种用途的存储区,比如物理输入输出区P、映像输入区I、映像输出区Q、位存储区M、定时器T、计数器C、数据区DB和L等,同时我们还知道,每个区域可以用位(BIT)、字节(BYTE)、字(WORD)、双字(DWORD)来衡量,或者说来指定确切的大小。当然定时器T、计数器C不存在这种衡量体制,它们仅用位来衡量。由此我们可以得到,要描述一个地址,至少应该包含两个要素:
  1、存储的区域
  2、这个区域中具体的位置
  比如:A Q2.0
  其中的A是指令符,Q2.0是A的操作数,也就是地址。这个地址由两部分组成:
  Q:指的是映像输出区
  2.0:就是这个映像输出区第二个字节的第0位。
  由此,我们得出, 一个确切的地址组成应该是:
  〖存储区符〗〖存储区尺寸符〗〖尺寸数值〗.〖位数值〗,例如:DBX200.0。
   DB X 200 . 0
  其中,我们又把〖存储区符〗〖存储区尺寸符〗这两个部分合称为:地址标识符。这样,一个确切的地址组成,又可以写成:
  地址标识符 + 确切的数值单元 
  【间接寻址的概念】 
  寻址,就是指定指令要进行操作的地址。给定指令操作的地址方法,就是寻址方法。
  在谈间接寻址之前,我们简单的了解一下直接寻址。所谓直接寻址,简单的说,就是直接给出指令的确切操作数,象上面所说的,A Q2.0,就是直接寻址,对于A这个指令来说,Q2.0就是它要进行操作的地址。
  这样看来,间接寻址就是间接的给出指令的确切操作数。对,就是这个概念。
  比如:A Q[MD100] ,A T[DBW100]。程序语句中用方刮号 [ ] 标明的内容,间接的指明了指令要进行的地址,这两个语句中的MD100和DBW100称为指针Pointer,它指向它们其中包含的数值,才是指令真正要执行的地址区域的确切位置。间接由此得名。
  西门子的间接寻址方式计有两大类型:存储器间接寻址和寄存器间接寻址。
  【存储器间接寻址】
  存储器间接寻址的地址给定格式是:地址标识符+指针。指针所指示存储单元中所包含的数值,就是地址的确切数值单元。
  存储器间接寻址具有两个指针格式:单字和双字。
  单字指针是一个16bit的结构,从0-15bit,指示一个从0-65535的数值,这个数值就是被寻址的存储区域的编号。
  双字指针是一个32bit的结构,从0-2bit,共三位,按照8进制指示被寻址的位编号,也就是0-7;而从3-18bit,共16位,指示一个从0-65535的数值,这个数值就是被寻址的字节编号。
  指针可以存放在M、DI、DB和L区域中,也就是说,可以用这些区域的内容来做指针。
  单字指针和双字指针在使用上有很大区别。下面举例说明:
  L DW#16#35 //将32位16进制数35存入ACC1
  T MD2 //这个值再存入MD2,这是个32位的位存储区域
  L +10 //将16位整数10存入ACC1,32位16进制数35自动移动到ACC2
  T MW100 //这个值再存入MW100,这是个16位的位存储区域
  OPN DBW[MW100] //打开DBW10。这里的[MW100]就是个单字指针,存放指针的区域是M区,
   MW100中的值10,就是指针间接指定的地址,它是个16位的值!
  --------
  L L#+10 //以32位形式,把10放入ACC1,此时,ACC2中的内容为:16位整数10
  T MD104 //这个值再存入MD104,这是个32位的位存储区域
  A I[MD104] //对I1.2进行与逻辑操作!
  =DIX[MD2] //赋值背景数据位DIX6.5!
  --------
  A DB[MW100].DBX[MD2] //读入DB10.DBX6.5数据位状态
  =Q[MD2] //赋值给Q6.5
  --------
  A DB[MW100].DBX[MD2] //读入DB10.DBX6.5数据位状态
  =Q[MW100] //错误!!没有Q10这个元件
  从上面系列举例我们至少看出来一点:
  单字指针只应用在地址标识符是非位的情况下。的确,单字指针前面描述过,它确定的数值是0-65535,而对于byte.bit这种具体位结构来说,只能用双字指针。这是它们的第一个区别,单字指针的另外一个限制就是,它只能对T、C、DB、FC和FB进行寻址,通俗地说,单字指针只可以用来指代这些存储区域的编号。
  相对于单字指针,双字指针就没有这样的限制,它不仅可以对位地址进行寻址,还可以对BYTE、WORD、DWORD寻址,并且没有区域的限制。不过,有得必有失,在对非位的区域进行寻址时,必须确保其0-2bit为全0!
  总结一下:
  单字指针的存储器间接寻址只能用在地址标识符是非位的场合;双字指针由于有位格式存在,所以对地址标识符没有限制。也正是由于双字指针是一个具有位的指针,因此,当对字节、字或者双字存储区地址进行寻址时,必须确保双字指针的内容是8或者8的倍数。
  现在,我们来分析一下上述例子中的A I[MD104] 为什么最后是对I1.2进行与逻辑操作。
  通过L L#+10 ,我们知道存放在MD104中的值应该是:
  MD104:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010
  当作为双字指针时,就应该按照3-18bit指定byte,0-2bit指定bit来确定最终指令要操作的地址,因此:
  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1010 = 1.2

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详解西门子间接寻址<2>
  【地址寄存器间接寻址】
  在先前所说的存储器间接寻址中,间接指针用M、DB、DI和L直接指定,就是说,指针指向的存储区内容就是指令要执行的确切地址数值单元。但在寄存器间接寻址中,指令要执行的确切地址数值单元,并非寄存器指向的存储区内容,也就是说,寄存器本身也是间接的指向真正的地址数值单元。从寄存器到得出真正的地址数值单元,西门子提供了两种途径:
  1、区域内寄存器间接寻址
  2、区域间寄存器间接寻址
  地址寄存器间接寻址的一般格式是:
  〖地址标识符〗〖寄存器,P#byte.bit〗,比如:DIX[AR1,P#1.5] 或 M[AR1,P#0.0] 。
  〖寄存器,P#byte.bit〗统称为:寄存器寻址指针,而〖地址标识符〗在上帖中谈过,它包含〖存储区符〗+〖存储区尺寸符〗。但在这里,情况有所变化。比较一下刚才的例子:
  DIX [AR1,P#1.5] 
  X [AR1,P#1.5] 
  DIX可以认为是我们通常定义的地址标识符,DI是背景数据块存储区域,X是这个存储区域的尺寸符,指的是背景数据块中的位。但下面一个示例中的M呢?X只是指定了存储区域的尺寸符,那么存储区域符在哪里呢?毫无疑问,在AR1中!
  DIX [AR1,P#1.5] 这个例子,要寻址的地址区域事先已经确定,AR1可以改变的只是这个区域内的确切地址数值单元,所以我们称之为:区域内寄存器间接寻址方式,相应的,这里的[AR1,P#1.5] 就叫做区域内寻址指针。
  X [AR1,P#1.5] 这个例子,要寻址的地址区域和确切的地址数值单元,都未事先确定,只是确定了存储大小,这就是意味着我们可以在不同的区域间的不同地址数值单元以给定的区域大小进行寻址,所以称之为:区域间寄存器间接寻址方式,相应的,这里的[AR1,P#1.5] 就叫做区域间寻址指针。
  既然有着区域内和区域间寻址之分,那么,同样的AR1中,就存有不同的内容,它们代表着不同的含义。
  【AR的格式】
  地址寄存器是专门用于寻址的一个特殊指针区域,西门子的地址寄存器共有两个:AR1和AR2,每个32位。
  当使用在区域内寄存器间接寻址中时,我们知道这时的AR中的内容只是指明数值单元,因此,区域内寄存器间接寻址时,寄存器中的内容等同于上帖中提及的存储器间接寻址中的双字指针,也就是:
  其0-2bit,指定bit位,3-18bit指定byte字节。其第31bit固定为0。
  AR:
  0000 0000 0000 0BBB BBBB BBBB BBBB BXXX
  这样规定,就意味着AR的取值只能是:0.0 ——65535.7
  例如:当AR=D4(hex)=0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101 0100(b),实际上就是等于26.4。
  而在区域间寄存器间接寻址中,由于要寻址的区域也要在AR中指定,显然这时的AR中内容肯定于寄存器区域内间接寻址时,对AR内容的要求,或者说规定不同。
  AR:
  1000 0YYY 0000 0BBB BBBB BBBB BBBB BXXX
  比较一下两种格式的不同,我们发现,这里的第31bit被固定为1,同时,第24、25、26位有了可以取值的范围。聪明的你,肯定可以联想到,这是用于指定存储区域的。对,bit24-26的取值确定了要寻址的区域,它的取值是这样定义的:
  区域标识符 
  26、25、24位 
  P(外部输入输出) 
  000 
  I(输入映像区) 
  001 
  Q(输出映像区) 
  010 
  M(位存储区) 
  011 
  DB(数据块) 
  100 
  DI(背景数据块) 
  101 
  L(暂存数据区,也叫局域数据) 
  111 
  如果我们把这样的AR内容,用HEX表示的话,那么就有:
  当是对P区域寻址时,AR=800xxxxx
  当是对I区域寻址时,AR=810xxxxx
  当是对Q区域寻址时,AR=820xxxxx
  当是对M区域寻址时,AR=830xxxxx
  当是对DB区域寻址时,AR=840xxxxx
  当是对DI区域寻址时,AR=850xxxxx
  当是对L区域寻址时,AR=870xxxxx
  经过列举,我们有了初步的结论:如果AR中的内容是8开头,那么就一定是区域间寻址;如果要在DB区中进行寻址,只需在8后面跟上一个40。84000000-840FFFFF指明了要寻址的范围是:
  DB区的0.0——65535.7。
  例如:当AR=840000D4(hex)=1000 0100 0000 0000 0000 0000 1101 0100(b),实际上就是等于DBX26.4。
  我们看到,在寄存器寻址指针 [AR1/2,P#byte.bit] 这种结构中,P#byte.bit又是什么呢?
  【P#指针】
  P#中的P是Pointer,是个32位的直接指针。所谓的直接,是指P#中的#后面所跟的数值或者存储单元,是P直接给定的。这样P#XXX这种指针,就可以被用来在指令寻址中,作为一个“常数”来对待,这个“常数”可以包含或不包含存储区域。例如:
  ● L P#Q1.0 //把Q1.0这个指针存入ACC1,此时ACC1的内容=82000008(hex)=Q1.0
  ★ L P#1.0 //把1.0这个指针存入ACC1,此时ACC1的内容=00000008(hex)=1.0
  ● L P#MB100 //错误!必须按照byte.bit结构给定指针。
  ● L P#M100.0 //把M100.0这个指针存入ACC1,此时ACC1的内容=83000320(hex)=M100.0 
 

    ● L P#DB100.DBX26.4 //错误!DBX已经提供了存储区域,不能重复指定。
  ● L P#DBX26.4 //把DBX26.4这个指针存入ACC1,此时ACC1的内容=840000D4(hex)=DBX26.4
  我们发现,当对P#只是指定数值时,累加器中的值和区域内寻址指针规定的格式相同(也和存储器间接寻址双字指针格式相同);而当对P#指定带有存储区域时,累加器中的内容和区域间寻址指针内容完全相同。事实上,把什么样的值传给AR,就决定了是以什么样的方式来进行寄存器间接寻址。在实际应用中,我们正是利用P#的这种特点,根据不同的需要,指定P#指针,然后,再传递给AR,以确定最终的寻址方式。
  在寄存器寻址中,P#XXX作为寄存器AR指针的偏移量,用来和AR指针进行相加运算,运算的结果,才是指令真正要操作的确切地址数值单元!
  无论是区域内还是区域间寻址,地址所在的存储区域都有了指定,因此,这里的P#XXX只能指定纯粹的数值,如上面例子中的★。
  【指针偏移运算法则】
  在寄存器寻址指针 [AR1/2,P#byte.bit] 这种结构中,P#byte.bit如何参与运算,得出最终的地址呢?
  运算的法则是:AR1和P#中的数值,按照BYTE位和BIT位分类相加。BIT位相加按八进制规则运算,而BYTE位相加,则按照十进制规则运算。
  例如:寄存器寻址指针是:[AR1,P#2.6],我们分AR1=26.4和DBX26.4两种情况来分析。
  当AR1等于26.4,
   AR1:26.2
   + P#: 2.6
   ---------------------------
   = 29.7 这是区域内寄存器间接寻址的最终确切地址数值单元
  当AR1等于DBX26.4,
   AR1:DBX26.2
   + P#: 2.6
   ---------------------------
   = DBX29.7 这是区域间寄存器间接寻址的最终确切地址数值单元
  【AR的地址数据赋值】
  通过前面的介绍,我们知道,要正确运用寄存器寻址,最重要的是对寄存器AR的赋值。同样,区分是区域内还是区域间寻址,也是看AR中的赋值。
  对AR的赋值通常有下面的几个方法:
  1、直接赋值法
  例如:
  L DW#16#83000320
  LAR1
  可以用16进制、整数或者二进制直接给值,但必须确保是32位数据。经过赋值的AR1中既存储了地址数值,也指定了存储区域,因此这时的寄存器寻址方式肯定是区域间寻址。
  2、间接赋值法
  例如:
  L [MD100]
  LAR1
  可以用存储器间接寻址指针给定AR1内容。具体内容存储在MD100中。
  3、指针赋值法
  例如:
  LAR1 P#26.2
  使用P#这个32位“常数”指针赋值AR。
  总之,无论使用哪种赋值方式,由于AR存储的数据格式有明确的规定,因此,都要在赋值前,确认所赋的值是否符合寻址规范。

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详解西门子间接寻址<3>
  使用间接寻址的主要目的,是使指令的执行结果有动态的变化,简化程序是第一目的,在某些情况下,这样的寻址方式是必须的,比如对某存储区域数据遍历。此外,间接寻址,还可以使程序更具柔性,换句话说,可以标准化。
  下面通过实例应用来分析如何灵活运用这些寻址方式,在实例分析过程中,将对前面帖子中的笔误、错误和遗漏做纠正和补充。
  【存储器间接寻址应用实例】
  我们先看一段示例程序:
  L 100 
  T MW 100 // 将16位整数100传入MW100
  L DW#16#8 // 加载双字16进制数8,当把它用作双字指针时,按照BYTE.BIT结构,
   结果演变过程就是:8H=1000B=1.0
  T MD 2 // MD2=8H
  OPN DB [MW 100] // OPN DB100
  L DBW [MD 2] // L DB100.DBW1
  T MW[MD2] // T MW1 
  A DBX [MD 2] // A DBX1.0
  = M [MD 2] // =M1.0
  在这个例子中,我们中心思想其实就是:将DB100.DBW1中的内容传送到MW1中。这里我们使用了存储器间接寻址的两个指针——单字指针MW100用于指定DB块的编号,双字指针MD2用于指定DBW和MW存储区字地址。
  -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  对于坛友提出的 DB[MW100].DBW[MD2] 这样的寻址是错误的提法,这里做个解释:
  DB[MW100].DBW[MD2] 这样的寻址结构就寻址原理来说,是可以理解的,但从SIEMENS程序执行机理来看,是非法的。在实际程序中,对于这样的寻址,程序语句应该写成:
  OPN DBW[WM100], L DBW[MD2]-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  事实上,从这个例子的中心思想来看,根本没有必要如此复杂。但为什么要用间接寻址呢?
  要澄清使用间接寻址的优势,就让我们从比较中,找答案吧。
  例子告诉我们,它最终执行的是把DB的某个具体字的数据传送到位存储区某个具体字中。这是针对数据块100的1数据字传送到位存储区第1字中的具体操作。如果我们现在需要对同样的数据块的多个字(连续或者不连续)进行传送呢?直接的方法,就是一句一句的写这样的具体操作。有多少个字的传送,就写多少这样的语句。毫无疑问,即使不知道间接寻址的道理,也应该明白,这样的编程方法是不合理的。而如果使用间接寻址的方法,语句就简单多了。
  【示例程序的结构分析】
  我将示例程序从结构上做个区分,重新输入如下:
  =========================== 输入1:指定数据块编号的变量
  || L 100 
  || T MW 100 
  ===========================输入2:指定字地址的变量
  || L DW#16#8 
  || T MD 2 
  ===========================操作主体程序 
   OPN DB [MW 100] 
   L DBW [MD 2] 
   T MW[MD2] 
  显然,我们根本不需要对主体程序(红色部分)进行简单而重复的复写,而只需改变MW100和MD2的赋值(绿色部分),就可以完成应用要求。
  结论:通过对间接寻址指针内容的修改,就完成了主体程序执行的结果变更,这种修改是可以是动态的和静态的。
  正是由于对真正的目标程序(主体程序)不做任何变动,而寻址指针是这个程序中唯一要修改的地方,可以认为,寻址指针是主体程序的入口参数,就好比功能块的输入参数。因而可使得程序标准化,具有移植性、通用性。
  那么又如何动态改写指针的赋值呢?不会是另一种简单而重复的复写吧。
  让我们以一个具体应用,来完善这段示例程序吧:
  将DB100中的1-11数据字,传送到MW1-11中
  在设计完成这个任务的程序之前,我们先了解一些背景知识。
  【数据对象尺寸的划分规则】
  数据对象的尺寸分为:位(BOOL)、字节(BYTE)、字(WORD)、双字(DWORD)。这似乎是个简单的概念,但如果,MW10=MB10+MB11,那么是不是说,MW11=MB12+MB13?如果你的回答是肯定的,我建议你继续看下去,不要跳过,因为这里的疏忽,会导致最终的程序的错误。
  按位和字节来划分数据对象大小时,是以数据对象的bit来偏移。这句话就是说,0bit后就是1bit,1bit后肯定是2bit,以此类推直到7bit,完成一个字节大小的指定,再有一个bit的偏移,就进入下一个字节的0bit。
  而按字和双字来划分数据对象大小时,是以数据对象的BYTE来偏移!这就是说,MW10=MB10+MB11,并不是说,MW11=MB12+MB13,正确的是MW11=MB11+MB12,然后才是MW12=MB12+MB13!
  这个概念的重要性在于,如果你在程序中使用了MW10,那么,就不能对MW11进行任何的操作,因为,MB11是MW10和MW11的交集。
  也就是说,对于“将DB100中的1-11数据字,传送到MW1-11中”这个具体任务而言,我们只需要对DBW1、DBW3、DBW5、DBW7、DBW9、DBW11这6个字进行6次传送操作即可。这就是单独分出一节,说明数据对象尺寸划分规则这个看似简单的概念的目的所在。
  【循环的结构】
  要“将DB100中的1-11数据字,传送到MW1-11中”,我们需要将指针内容按照顺序逐一指向相应的数据字,这种对指针内容的动态修改,其实就是遍历。对于遍历,最简单的莫过于循环。
  一个循环包括以下几个要素:
  1、初始循环指针
  2、循环指针自加减
  2、继续或者退出循环体的条件判断
  被循环的程序主体必须位于初始循环指针之后,和循环指针自加减之前。
  比如:
  初始循环指针:X=0
  循环开始点M
  被循环的程序主体:-------
  循环指针自加减:X+1=X
  循环条件判断:X≤10 ,False:GO TO M;True:GO TO N
  循环退出点N
  如果把X作为间接寻址指针的内容,对循环指针的操作,就等于对寻址指针内容的动态而循环的修改了。
  【将DB100中的1-11数据字,传送到MW1-11中】
   L L#1 //初始化循环指针。这里循环指针就是我们要修改的寻址指针
   T MD 102 
  M2: L MD 102
   T #COUNTER_D 
   OPN DB100
   L DBW [MD 102]
   T MW [MD 102]
   L #COUNTER_D
   L L#2 // +2,是因为数据字的偏移基准是字节。 
   +D 
   T MD 102 //自加减循环指针,这是动态修改了寻址指针的关键 
   L L#11 //循环次数=n-1。n=6。这是因为,首次进入循环是无条件的,
   但已事实上执行了一次操作。
   <=D 
   JC M2
   有关于T MD102 ,L L#11, <=D的详细分析,请按照前面的内容推导。
  【将DB1-10中的1-11数据字,传送到MW1-11中】
  这里增加了对DB数据块的寻址,使用单字指针MW100存储寻址地址,同样使用了循环,嵌套在数据字传送循环外,这样,要完成“将DB1-10中的1-11数据字,传送到MW1-11中”这个任务 ,共需要M1循环10次 × M2循环6次 =60次。
   L 1
   T MW 100
   L L#1
   T MD 102
  M1: L MW 100
   T #COUNTER_W
  M2: 对数据字循环传送程序,同上例
   L #COUNTER_W
   L 1 //这里不是数据字的偏移,只是编号的简单递增,因此+1
   +I 
   T MW 100
   L 9 //循环次数=n-1,n=10
   <=I 
   JC M1
  通过示例分析,程序是让寻址指针在对要操作的数据对象范围内进行遍历来 

编程,完成这个任务。我们看到,这种对存储器间接寻址指针的遍历是基于字节和字的,如何对位进行遍历呢?
  这就是下一个帖子要分析的寄存器间接寻址的实例的内容了。
  详解西门子间接寻址<4>
  L [MD100]
  LAR1
  与
  
  L MD100
  LAR1
  有什么区别?
  当将MD100以这种 [MD100] 形式表示时,你既要在对MD100赋值时考虑到所赋的值是否符合存储器间接寻址双字指针的规范,又要在使用这个寻址格式作为语句一部分时,是否符合语法的规范。
  在你给出第一个例程的第一句:L [MD100]上,我们看出它犯了后一个错误。
  存储器间接寻址指针,是作为指定的存储区域的确切数值单元来运用的。也就是说,指针不包含区域标识,它只是指明了一个数值。因此,要在 [MD100]前加上区域标识如: M、DB、I、Q、L等,还要加上存储区尺寸大小如:X、B、W、D等。在加存储区域和大小标识时,要考虑累加器加载指令L不能对位地址操作,因此,只能指定非位的地址。
  为了对比下面的寄存器寻址方式,我们这里,修改为:L MD[MD100]。并假定MD100=8Hex,同时我们也假定MD1=85000018Hex。
  当把MD100这个双字作为一个双字指针运用时,其存储值的0-18bit将会按照双字指针的结构Byte.bit来重新“翻译”,“翻译”的结果才是指针指向的地址,因而MD100中的8Hex=1000B=1.0,所以下面的语句:
  L MD[MD100]
  LAR1
  经过“翻译”就是:
  L MD1
  LAR1
  前面我们已经假定了MD1=85000018,同样道理,MD1作为指针使用时,对0-18bit应该经过Byte.bit结构的“翻译”,由于是传送给AR地址寄存器,还要对24-31bit进行区域寻址“翻译”。这样,我们得出LAR1中最终的值=DIX3.0。就是说,我们在地址寄存器AR1中存储了一个指针,它指向DIX3.0。
  -----------------------------
  L MD100
  LAR1
  这段语句,是直接把MD100的值传送给AR,当然也要经过“翻译”,结果AR1=1.0。就是说,我们在地址寄存器AR1中存储了一个指针,它指向1.0,这是由MD100直接赋值的。
  似乎,两段语句,只是赋值给AR1的结果不同而已,其实不然。我们事先假定的值是考虑到对比的关系,特意指定的。如果MD100=CHex的呢?
  对于前一段,由于CHex=1100,其0-3bit为非0,程序将立即出错,无法执行。(因为没有MD1.4这种地址!!)
  后一段AR1的值经过翻译以后,等于1.4,程序能正常执行。


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