工業自動化、物聯網和邊緣計算的快速發展，ARM架構的邊緣計算機憑借其低功耗、高性能和靈活擴展性，成為智能制造與物聯網應用的核心載體。這類設備不僅支持Node-RED等可視化數據流工具，還能運行CODESYS工業控制平臺，滿足復雜場景下的實時控制與智能化需求。本文將從技術特征、應用案例及開發實踐三方面展開分析。
一、ARM邊緣計算機的技術特征
- 低功耗與高效能設計
ARM架構處理器（如Cortex-A、Cortex-M系列）通過精簡指令集（RISC）和動態功耗管理技術實現能效優化。例如，Cortex-M系列支持多種低功耗模式（運行、睡眠、深度睡眠），通過WFI指令快速進入休眠狀態，僅需中斷或事件觸發即可喚醒，顯著降低能耗。最新Armv9架構的Cortex-A320處理器在機器學習性能上較前代提升10倍，同時支持更大內存空間，適合運行億級參數的邊緣AI模型。 - 邊緣計算能力
ARM邊緣計算機集成了AI加速器（如Ethos-U85 NPU）和實時操作系統（RTOS），可在本地處理復雜任務，減少云端依賴。例如，Armv9邊緣AI平臺支持Transformer網絡加速，適用于工廠自動化中的實時圖像識別與決策。 - 開放的軟件生態
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- Node-RED：基于瀏覽器的可視化編程工具，適合快速搭建物聯網數據流與設備聯動邏輯。
- CODESYS：遵循IEC 61131-3標準的工業控制開發平臺，支持多種編程語言（ST、FBD等）和工業協議（EtherCAT、PROFINET），提供實時控制與HMI集成功能。
- 自定義應用開發：支持Linux、FreeRTOS等操作系統，便于開發者部署Python、C++等語言編寫的算法。
二、CODESYS在ARM邊緣計算機中的典型案例
- 液壓動力裝置控制
某公司采用某型號PLC（基于ARM處理器）與CODESYS平臺，開發了高壓測試系統。通過CODESYS的閉環控制庫（含120個預置功能塊），精準調節比例閥壓力，實現爆破測試中的動態壓力控制。結合CANopen通信和LabVIEW集成，系統可實時監控參數并優化測試流程。 - 鉚接機自動化控制
某公司采用某型號控制器（ARM+CODESYS），通過高精度I/O擴展模塊（支持22位分辨率模擬輸入）實現鉚頭高度的實時補償。CODESYS的多協議通信功能（如EtherCAT）簡化了設備組網，同時支持自定義控制程序，確保鉚接質量并降低廢品率。 - AGV運動控制器開發
某公司開發的AGV控制器基于RK3568 ARM Cortex-A9處理器，搭載CODESYS平臺。該控制器集成差速運動庫和軌跡規劃算法，通過CAN總線與伺服系統通信，支持多傳感器接入。CODESYS的PLCopen編程標準簡化了多軸同步控制邏輯，提升AGV的定位精度與響應速度。
三、開發環境與實踐建議
- 環境搭建
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- 硬件選擇：推薦采用Cortex-A系列（如RK3568、A40i）或Cortex-R系列處理器，兼顧算力與實時性。
- 軟件工具鏈：安裝ARM交叉編譯工具鏈（如arm-linux-gcc），配置Ubuntu虛擬機與共享文件夾，便于代碼調試與燒錄。
- CODESYS開發流程
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- 邏輯編程：使用ST（結構化文本）或FBD（功能塊圖）編寫控制邏輯，調用內置庫實現PID調節、運動控制等功能。
- HMI設計：通過可視化編輯器創建人機界面，支持觸摸屏或遠程終端監控設備狀態。
- 多協議集成：配置EtherCAT主站或PROFINET從站，實現與傳感器、執行器的無縫通信。
- 低功耗優化
結合Cortex-M處理器的休眠模式（Sleep-On-Exit特性），在非活躍期關閉外設時鐘，通過中斷喚醒恢復運行，最大限度延長電池壽命。
四、未來趨勢與展望
隨著Armv9架構的普及，邊緣計算機將進一步融合AI加速與安全特性。例如，Cortex-A320支持內存標記擴展（MTE）和TrustZone安全隔離，可抵御內存攻擊并保護敏感數據。CODESYS平臺亦在向云邊協同發展，未來或與KleidiAI等工具鏈結合，實現模型訓練與邊緣推理的無縫銜接。
ARM邊緣計算機憑借低功耗、實時性與開放生態，正推動工業自動化向智能化轉型。CODESYS作為核心控制平臺，通過標準化編程與多協議支持，顯著縮短了復雜系統的開發周期。開發者可結合具體場景（如液壓控制、AGV導航），靈活選用硬件與軟件工具，實現高效、可靠的邊緣智能解決方案。
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