基于powerlink技術的板間通信組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于POWERLINK技術的板間通信組件，包括：CPCI主站單元，用于同步各從站單元通信并發(fā)送主站報文，并接收從站報文；CPCI從站單元，用于響應同步通信中斷，接收各站報文并發(fā)送該站報文；PMC從站單元，用于響應同步通信中斷，接收各站報文并發(fā)送該站報文；組件接口軟件，該軟件包括兩部分，一部分用于位于各單元POWERLINK通信接口板內，實現POWERLINK通信數據收發(fā)功能；另一部分在各單元主板上，實現從PCI接口上讀寫通信數據及通信錯誤處理功能。與現有技術相比，本發(fā)明具有高實時性、高可靠性、傳輸時延及抖動小、成本低等優(yōu)點。
【專利說明】基于POWERLINK技術的板間通信組件

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種板間通信組件，尤其是涉及一種基于POWERLINK技術的板間通信組件。

【背景技術】
[0002]現場總線由來已久，幾種出現較早、應用較多的現場總線，如CAN、deviceNet、modBus、RS485等，這些總線速度慢、每次傳輸的數據包小。隨著工業(yè)自動化由低速向高速、由低精度向高精度、由集中式控制向分布式控制的發(fā)展，對現場總線的傳輸速度和數據量都提出了新的要求。于是就有很多廠家提出了基于以太網技術來實現現場總線，由此誕生了 POWERLINK、EtherNet/IP、ModBusTCP, ProfinetRT, EtherCat, MECHATR0LINK 等這些工業(yè)實時以太網的技術。
[0003]目前高速實時現場總線種類繁多，很多廠家都在推廣自己的總線協(xié)議，這些協(xié)議從性能上可分為兩類:高實時總線和低實時總線。
[0004]高實時性的總線:P0WERLINK，EtherCat,MECHATR0LINK。
[0005]在這三種總線中EtherCat和MECHATR0LINK需要用專用的ASIC才能實現，之所以采用ASIC芯片來實現是為了能夠控制市場，使他們處于有利地位。EtherCat和MECHATR0LINK只解決了數據鏈路層和物理層，而沒有實現應用層。POWERLINK是一個可以在普通以太網上實現的方案，無需ASIC芯片，用戶可以在各種平臺上實現POWERLINK，如FPGA, ARM、x86CPU等，只要有以太網的地方，就可以實現POWERLINK。POWERLINK公開了所有的源碼，任何人都可以免費下載和使用(就像Linux)。
[0006]目前在軌道交通信號領域，板間或系統(tǒng)間通信大部分還依賴傳統(tǒng)的以太網TCP/IP協(xié)議，該協(xié)議為非實時以太網協(xié)議，經常出現由于網絡通信繁忙或受病毒、木馬攻擊而導致的通信數據丟包、長時延等問題，從而影響整體系統(tǒng)的安全性及可用性。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于POWERLINK技術的板間通信組件，為安全計算機平臺中的各主板設計了基于工業(yè)實時以太網技術的PCI接口通信子板，實現了板間同步通信功能，解決了系統(tǒng)同步及實時通信問題，具有高實時性、高可靠性、傳輸時延及抖動小、成本低等優(yōu)點，將來可廣泛用于局域網通信領域，解決傳統(tǒng)TCP/IP通信丟包、阻塞延時、容易被病毒攻擊等問題。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0009]一種基于POWERLINK技術的板間通信組件，其特征在于，包括:
[0010]CPCI主站單元，用于同步各從站單元通信并發(fā)送主站報文，并接收從站報文；
[0011]CPCI從站單元，用于響應同步通信中斷，接收各站報文并發(fā)送該站報文；
[0012]PMC從站單元，用于響應同步通信中斷，接收各站報文并發(fā)送該站報文；
[0013]組件接口軟件，該軟件包括兩部分，一部分用于位于各單元POWERLINK通信接口板內，實現POWERLINK通信數據收發(fā)功能；另一部分在各單元主板上，實現從PCI接口上讀寫通信數據及通信錯誤處理功能。
[0014]所述的CPCI主站單元、CPCI從站單元、PMC從站單元之間采用以太網冗余HUB連接或閉環(huán)菊花鏈連接。
[0015]所述的PMC從站單元上設有顯示板卡運行狀態(tài)及故障狀態(tài)指示的LED燈、故障碼顯示LED屏、以及撥碼開關。
[0016]所述的CPCI主站單元、CPCI從站單元設在同一塊板卡上，該板卡為6U板，被均分為兩個相同3U CPCI子模塊，在該板卡上設有顯示板卡電源工作狀態(tài)、板卡運行狀態(tài)及故障狀態(tài)指示的LED燈、以及故障碼顯示LED屏。
[0017]所述的組件接口軟件從PCI接口上讀寫通信數據及通信錯誤處理包括上位機讀數據過程和上位機寫數據過程；
[0018]其中上位機讀數據過程具體為:數據經過網口 I/網口 2進入系統(tǒng)后經過LinkSelector雙網冗余模塊分析處理后選擇一路進入openMAC, openMAC模塊將數據巾貞完整接收后通知PCP取走，PCP按照對象字典約束的數據結構對數據進行解析，然后通過內部總線發(fā)送到PDI模塊，PDI模塊將數據存儲在事先分配的RPDO緩沖區(qū)內，同時產生中斷信號，該信號會經后續(xù)的AP模塊和LocalBus-PCI模塊轉換成PCI中斷傳送給上位機，由上位機響應中斷并讀取數據；
[0019]上位機寫數據過程具體為:上位機發(fā)送數據經LocalBus-PCI模塊和ro1-Local模塊傳送到AP模塊，AP模塊會將數據存儲在事先分配的PDI模塊中的TPDO緩沖區(qū)內，數據傳送完畢由PCP讀取并按對象字典約束的數據結構重新組成數據幀發(fā)送到openMAC模塊，openMAC模塊將數據發(fā)到Link Selector, Link Selector會將數據同時發(fā)送到PHYl和PHY2再發(fā)送到網絡上。
[0020]與現有TCP/IP通信技術相比，本發(fā)明實現了板間高實時性、高確定性的通信，從系統(tǒng)的高度考慮安全計算機的安全通信問題，而且將POWERLINK技術實現了板間數據及時鐘同步，較傳統(tǒng)的UDP或串口數據及時鐘同步易于實現，可靠性及實時性也優(yōu)于前者。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明基于HUB冗余鏈接的系統(tǒng)架構圖；
[0022]圖2為本發(fā)明基于菊花連接的系統(tǒng)架構圖；
[0023]圖3為本發(fā)明組件接口軟件的模塊架構圖。

【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0025]實施例
[0026]系統(tǒng)是基于MPS安全計算機架構之上的，用于替換當前MPS系統(tǒng)中的串口及網絡通信組件，實現同步及數據交換功能。由兩塊MPU板、一塊MCU板(含兩個MCU子模塊)及相關的POWERLINK實時以太網接口擴展板組成。
[0027]POWERLINK實時以太網接口擴展板主要實現MPU板與MCU板間的通信。由P3主站及另外三個從站組成(P1/P2/P4)，采用100M以太網冗余HUB連接或閉環(huán)菊花鏈連接(如圖I及圖2所示)。
[0028]P3主站實現系統(tǒng)同步報文產生、發(fā)送主站報文數據及接收其它三個子站報文數據(320字節(jié)/子站，用于接收子站校核字數據)等功能，其它三個子站實現發(fā)送本站報文、接收主站及其它二個子站報文數據功能。
[0029]PMC載板設計與實現:
[0030]CPCI6200板的POWERLINK擴展板為PMC標準接口板，設計遵循了 PMC接口規(guī)范所涉及的標準要求。它實現為CPCI6200板提供POWERLINK通信功能(從站配置)。前面板上RJ45 口帶有LED提示，前面板上具有顯示板卡運行狀態(tài)及故障狀態(tài)指示的LED燈、故障碼顯示LED屏。
[0031]對于從站的ID號，在單板上放置有一個撥碼開關，可方便進行從站號的設置。
[0032]CPCI板主從站設計與實現:
[0033]VLE-2板(由MCUl和MCU2組成)的POWERLINK擴展板為6U板，被均分為兩個相同3U CPCI子模塊，設計遵循了 3U CPCI國際規(guī)范所涉及的標準要求。它實現為MCUl或MCU2提供POWERLINK通信功能(上模塊為主站，下模塊為從站)。
[0034]復位按鈕的按鈕孔位于前面板下部，按鈕不突出面板并借助類似圓珠筆工具捅入按鈕孔按壓復位按鈕實現板卡的復位操作。
[0035]前面板上RJ45 口帶有LED提示，前面板上具有顯示板卡電源工作狀態(tài)、板卡運行狀態(tài)及故障狀態(tài)指示的LED燈、故障碼顯示LED屏。
[0036]對于6U的Powerlink擴展板,其上半部分的Powerlink系統(tǒng)固定為主站，下半部分的Powerlink系統(tǒng)固定為從站。對于從站的ID號，需要在單板上放置一個撥碼開關，方便進行從站號的設置。
[0037]CPCI板的兩個網口(上下模塊各兩個)用于實現雙網冗余功能，CPCI板上的FPGA (上下模塊獨立)要能支持主/從站的雙網冗余切換功能。
[0038]板載軟件設計
[0039]按照系統(tǒng)正常運行過程中的數據處理流程來劃分各功能模塊，軟件系統(tǒng)結構如圖3所示:
[0040]系統(tǒng)正常運行過程中的數據處理可分為兩個方向:
[0041]方向I—上位機讀數據過程:數據經過網口 I/網口 2進入系統(tǒng)后經過LinkSelector雙網冗余模塊分析處理后選擇一路進入openMAC, openMAC模塊將數據巾貞完整接收后通知PCP取走，PCP按照對象字典約束的數據結構對數據進行解析，然后通過內部總線發(fā)送到PDI模塊，PDI模塊會將數據存儲在事先分配的RPDO緩沖區(qū)內，同時產生中斷信號，該信號會經后續(xù)的AP模塊和LocalBus-PCI模塊轉換成PCI中斷傳送給上位機，由上位機響應中斷并讀取數據。
[0042]方向2-上位機寫數據過程:上位機發(fā)送數據經LocalBus-PCI模塊和TO1-Local模塊傳送到AP模塊，AP模塊會將數據存儲在事先分配的PDI模塊中的TPDO緩沖區(qū)內，數據傳送完畢由PCP讀取并按對象字典約束的數據結構重新組成數據幀發(fā)送到openMAC模塊,openMAC模塊將數據發(fā)到Link Selector,Link Selector會將數據同時發(fā)送到PHYl和PHY2再發(fā)送到網絡上。
[0043]板卡驅動程序設計
[0044]因POWERLINK主/從站與CPU板的數據交互接口均是PCI接口，在驅動接口設計上大同小異，驅動開發(fā)的步驟和方法可參照《基于VxWorks的PCI驅動開發(fā)》一文。與文中不同的地方是增加了讀寫PDO操作的函數，并根據需求在相應函數內增加相應的處理代碼。最后為了方便上層用戶調用，封裝了驅動，提供用戶易于使用的API接口函數。以下是封裝函數列表說明，如表1所示。
[0045]表1
[0046]

【權利要求】
1.一種基于POWERLINK技術的板間通信組件，其特征在于，包括: CPCI主站單元，用于同步各從站單元通信并發(fā)送主站報文，并接收從站報文； CPCI從站單元，用于響應同步通信中斷，接收各站報文并發(fā)送該站報文； PMC從站單元，用于響應同步通信中斷，接收各站報文并發(fā)送該站報文； 組件接口軟件，該軟件包括兩部分，一部分用于位于各單元POWERLINK通信接口板內，實現POWERLINK通信數據收發(fā)功能；另一部分在各單元主板上，實現從PCI接口上讀寫通信數據及通信錯誤處理功能。
2.根據權利要求1所述的一種基于POWERLINK技術的板間通信組件，其特征在于，所述的CPCI主站單元、CPCI從站單元、PMC從站單元之間采用以太網冗余HUB連接或閉環(huán)菊花鏈連接。
3.根據權利要求1所述的一種基于POWERLINK技術的板間通信組件，其特征在于，所述的PMC從站單元上設有顯示板卡運行狀態(tài)及故障狀態(tài)指示的LED燈、故障碼顯示LED屏、以及撥碼開關。
4.根據權利要求1所述的一種基于POWERLINK技術的板間通信組件，其特征在于，所述的CPCI主站單元、CPCI從站單元設在同一塊板卡上，該板卡為6U板，被均分為兩個相同3U CPCI子模塊，在該板卡上設有顯示板卡電源工作狀態(tài)、板卡運行狀態(tài)及故障狀態(tài)指示的LED燈、以及故障碼顯示LED屏。
5.根據權利要求1所述的一種基于POWERLINK技術的板間通信組件，其特征在于，所述的組件接口軟件從PCI接口上讀寫通信數據及通信錯誤處理包括上位機讀數據過程和上位機寫數據過程； 其中上位機讀數據過程具體為:數據經過網口 I/網口 2進入系統(tǒng)后經過LinkSelector雙網冗余模塊分析處理后選擇一路進入openMAC, openMAC模塊將數據巾貞完整接收后通知PCP取走，PCP按照對象字典約束的數據結構對數據進行解析，然后通過內部總線發(fā)送到PDI模塊，PDI模塊將數據存儲在事先分配的RPDO緩沖區(qū)內，同時產生中斷信號，該信號會經后續(xù)的AP模塊和LocalBus-PCI模塊轉換成PCI中斷傳送給上位機，由上位機響應中斷并讀取數據； 上位機寫數據過程具體為:上位機發(fā)送數據經LocalBus-PCI模塊和TO1-Local模塊傳送到AP模塊，AP模塊會將數據存儲在事先分配的PDI模塊中的TPDO緩沖區(qū)內，數據傳送完畢由PCP讀取并按對象字典約束的數據結構重新組成數據幀發(fā)送到openMAC模塊，openMAC模塊將數據發(fā)到Link Selector，Link Selector會將數據同時發(fā)送到PHYl和PHY2再發(fā)送到網絡上。
【文檔編號】H04L12/40GK104079460SQ201410325831
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權日:2014年7月9日
【發(fā)明者】王瀾, 蔣耀東, 孫軍峰 申請人:卡斯柯信號有限公司