西门子S7-300PLC的V存储区的探索与发现

   西门子S7-300plc有V存储区吗？听到这个问题，绝大多数人都会笑起来，V存储区不就是S7-200的变量存储区吗？S7-300哪里有什么V区？有没有搞错？最近有个网友在网上询问这个问题：“我的疑问也是这个V区，被一堆人鄙视的说是200的吧。另外我有个疑问没见有谁用这个区域编程，麻烦有类似的例子给露露脸啊”，显出了几分急切和无奈。
    我也曾经被这个问题困扰过，下面向大家介绍我寻找答案的过程。
    首先在STEP 7的帮助中搜索“V区”，在参数类型ANY和POINTER的帮助中有个存储区编码表，其中就有V区，其代码为16#87，对V区的描述为“先前的本地数据”。这几个字像天书一样，可能很难有人能看懂。
    为了确认翻译的准确性，我将STEP 7切换到英语，“先前的本地数据”的英文为“Previous local data”。local data一般翻译为“局部数据”，看来翻译没有问题。德国人的英语水平很高，德国大学图书馆的书籍和杂志大多数都是英语的，不用怀疑德语翻译为英语时失真。
    V区与参数类型ANY和POINTER有关，打开STEP 7的帮助目录中的附录，选中其中的“\数据类型和参数类型\参数类型\参数类型POINTER的格式”，可以看到参数类型由6个字节组成，0号和1号字节是DB块的编号，不是数据块内的地址时为0。2~5号字节的格式与寄存器间接寻址的格式相同。下面是寄存器间接寻址的32位指针格式：
                               x000 0rrr 0000 0bbb bbbb bbbb bbbb bxxx
    其中第0～2位（xxx，最低位为第0位）为被寻址地址中位的编号（0～7），第3～18位（16个b）为被寻址地址的字节的编号。第24～26位（rrr）为被寻址地址的区域标识号，指针的最高位x 为0时，为区域内的间接寻址，最高位x 为1时，为区域间（交叉区域）间接寻址。
    参数类型ANY可以用来传递一片连续的地址区，由10个字节组成。ANY和POINTER用于在块调用时传递输入、输出参数。为了揭开V区之谜，编写了FC1，将地址区中相邻的若干个字累加。地址区的起始地址由参数类型为POINTER的输入参数Start_Addr提供。P# DB2.DBX0.0也可以改写为DB2.DBX0.0。在OB1中调用FC1：
      CALL  FC     1
       Start_Addr :=P#DB2.DBX0.0    //数据区起始地址
       Number   :=5                //需要累加的字数
       Result     :=DB2.DBD10      //保存运算结果的双整数
    图1是运行时监控FC1的结果，累加器1（STANDARD）中的数据为十六进制显示格式，AR1是地址寄存器1。终于看到了AR1中的V区地址了！

    图1中第一条指令的P#表示指针，第2个#号表示局部变量。P##Start_Addr就是调用FC1时，用输入参数Start_Addr传送给FC1的指针P#DB2.DBX0.0（16#0002 8400 0000）存放的地址。P##Start_Addr（16#8700 00a8）最低字节16#a8对应的二进制数为2#10101000，其字节部分为2#10101，即十进制数21，最高字节16#87（2#1000 0111）表示存储区为V区。
    第一条指令将P##Start_Addr送给累加器1，第二条指令将累加器1中的数据传送到AR1，传送后AR1中的地址为V21.0（即16#8700 00a8）。
    那么V区到底是什么呢？根据帮助中的解释“先前的本地数据”（Previous local data），猜想与局部数据堆栈有关。执行每个块时，它都有自己的临时局部数据。在OB1调用FC1时，OB1的临时局部数据被保存到局部数据堆栈，FC1则使用它自己的临时局部数据区，OB1的局部数据成为“Previous local data”（以前的局部变量）。根据上述分析，V区很有可能是调用FC1的OB1的局部数据区。
    怎样才能证实这个猜想呢？最好能看到AR1中的地址为V21.0时，OB1的局部数据。好在STEP 7的监控功能可以查看块调用时保存在堆栈中的数据。为了能看到某条指令执行后OB1的局部数据，在FC1的第2条指令处设置一个断点。执行完第2条指令后，CPU进入HOLD模式，此时打开CPU模块信息对话框的“堆栈”选项卡，选中B堆栈中的OB1，点击“L堆栈”按钮，打开L堆栈对话框，OB1的局部数据堆栈如图2所示。

　

由图1可知，因为指针常数P#V21.0（16#8700 00a8）被送给AR1，监控区中的AR1列显示V21.0。此时OB1调用FC1的POINTER格式的实参P#DB2.DBX0.0（16#0002 8400 0000），存放在从OB1的局部变量LB21开始的6个字节中（见图2）。因此AR1中的P#V21.0表示指针常数P#DB2.DBX0.0的值存放在OB1的局部变量区中的地址，换句话说，V区就是调用FC1时OB1的局部数据区。
    难怪“没见有谁用这个区域编程”，V区用于监控，在编程时没有使用它。
    最后我们来总结一下块调用时的参数传递过程。如果输入参数为简单数据类型，例如字节、字、整数和双整数，可以通过32位（4个字节）的累加器1直接传递参数。而ANY和POINTER分别为10个和6个字节，不能用累加器1直接传递。因此将这些参数的实参（例如16#0002 8400 0000）暂时保存在OB1从V21.0开始的局部变量中。在被调用的FC1中， P##Start_Addr提供了保存参数Start_Addr的实参的地址V21.0，在FC1中用寄存器间接寻址指令“L  W [AR1,P#0.0]”来读取POINTER实参的第一个字（数据块编号），用指令“L  D [AR1,P#2.0]”来读取POINTER实参的2~5号字节（数据块内的变量地址P# DBX0.0）。间接寻址的操作数地址等于方括号中AR1的地址值加上逗号后面的地址偏移量。
    说到这里，我们可以看到传递POINTER参数类型的思路是非常清晰的，“Previous local data”用词是准确的，只不过所用的笔墨太少，背后的复杂过程需要我们猜想和验证。
    解决了这个问题后，有一些感触：
    1．由于语言和思维方式的差异，老外写的用户手册有的地方很难理解，这并不奇怪。奇怪的是网上有一些高手的“用户手册万能论”。用户手册肯定不是万能的，不可能回答所有的问题，有的问题还需要我们设法去探索和发现，包括用程序来验证我们的假设。
    2．这个问题的解决使我惊叹STEP 7强大的功能，如果没有断点和监控堆栈的功能，是不可能搞清楚这个问题的。还有别的PLC有这些功能吗？