本發(fā)明屬于以太網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

EtherCAT(Ethernet for Control and Automation Technology以太網(wǎng)控制自動化技術(shù))是于2003年由德國倍福(BECKHOFF)自動化公司提出的實時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，由于其獨特的體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)開放性、通信實時性、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等特點，被越來越廣泛的應(yīng)用。EtherCAT技術(shù)采用主從介質(zhì)訪問控制方式，主站控制從站發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，主站發(fā)送數(shù)據(jù)報文，從站設(shè)備在報文經(jīng)過其節(jié)點時讀取相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)，同樣，輸入數(shù)據(jù)也在報文經(jīng)過時插入至報文中，整個過程中，報文只有幾十納秒的時間延遲。報文經(jīng)過所有從站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換后，由EtherCAT網(wǎng)段中的末端從站將報文返回，所以EtherCAT總線的數(shù)據(jù)傳輸速率非?？?。在EtherCAT技術(shù)中，每個從站節(jié)點無需接收全部以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，無需將其解碼復(fù)制，只需要匹配對自己尋址的子報文進(jìn)行處理即可。目前，EtherCAT主站的實現(xiàn)主要是采用德國倍福公司在Windows操作系統(tǒng)下基于PC機(jī)、Linux操作系統(tǒng)或Android操作系統(tǒng)的嵌入式解決方案。但其主站若采用Windows操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)或Android操作系統(tǒng)上的軟協(xié)議棧，其協(xié)議解析過程中必須經(jīng)操作系統(tǒng)調(diào)用，這樣實時性勢必會受到影響，而采用實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT主站系統(tǒng)，其顯著特點則是響應(yīng)的實時性；實時性存在影響主要由兩部分組成：第一，Windows、Linux、或Android操作系統(tǒng)其本身就是非實時性操作系統(tǒng)；第二，其協(xié)議解析過程中必須經(jīng)操作系統(tǒng)調(diào)度，而操作系統(tǒng)對每一個任務(wù)進(jìn)行調(diào)度都是有一個優(yōu)先級的，而協(xié)議解析過程這一任務(wù)的優(yōu)先級并非每次都是最高的。所帶來的問題：接收數(shù)據(jù)的時間延長，通信周期加大。

綜上所述，現(xiàn)有EtherCAT主站采用Windows、Android、Linux等操作系統(tǒng)的軟協(xié)議棧其實時性受到影響，接收數(shù)據(jù)的時間延長，通信周期加大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有EtherCAT主站采用Windows、Android、Linux等操作系統(tǒng)的軟協(xié)議棧其實時性受到影響，接收數(shù)據(jù)的時間延長，通信周期加大的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站的實現(xiàn)方法，所述控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站的實現(xiàn)方法包括如下步驟：

步驟一，集成comX協(xié)議板卡，實現(xiàn)對comX的驅(qū)動；

步驟二，實現(xiàn)對協(xié)議棧的配置，保證EtherCAT主站正常工作；

步驟三，實現(xiàn)對從站的初始化，保證EtherCAT總線正常工作；

步驟四，實現(xiàn)周期數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，保證主站對從站的控制。

進(jìn)一步，所述步驟一包括：

(1)協(xié)議適配層在控制器上電后，從DPM的指定地址讀取comX狀態(tài)信息，從而獲取comX的狀態(tài)；

(2)協(xié)議適配層建立comX在內(nèi)存中的實例，將comX體現(xiàn)在DPM中的所有信息映射到控制器的內(nèi)存中，從而實現(xiàn)對comX的管理、控制和維護(hù)。

進(jìn)一步，所述步驟二包括：

1)、通過PC機(jī)上組態(tài)軟件完成對EtherCAT主站和從站的工程配置；

2)、通過PC機(jī)上組態(tài)軟件編譯，生成XML格式的EtherCAT總線配置文件；

3)、通過PC機(jī)上組態(tài)軟件下裝，將EtherCAT總線配置文件下傳給實時控制模塊，實時控制模塊再將配置文件傳給協(xié)議適配層，協(xié)議適配層通過調(diào)用comX提供的API接口，再將配置文件下傳給comX；

4)、comX收到配置文件后，對配置文件進(jìn)行校驗并完成加載，從而實現(xiàn)對EtherCAT總線的配置。

進(jìn)一步，所述EtherCAT主站和從站的數(shù)據(jù)通信即協(xié)議適配層和comX通過DPM交換周期數(shù)據(jù)，協(xié)議適配層通過輪詢的方式來訪問DPM，從DPM讀寫數(shù)據(jù)；具體包括以下步驟：

第一步，每個周期，comX都會把從總線上收到的數(shù)據(jù)寫入DPM的輸入?yún)^(qū)，并把DPM的讀權(quán)限交給協(xié)議適配層，同時產(chǎn)生中斷信號，并通知協(xié)議適配層；

第二步，協(xié)議適配層在檢測到中斷信號后，立即從DPM的輸入?yún)^(qū)獲取數(shù)據(jù)并能夠保存起來，同時將輸入?yún)^(qū)的寫權(quán)限交給comX；

第三步，協(xié)議適配層將上層更新到的數(shù)據(jù)寫入DPM的輸出區(qū)，并把輸出區(qū)的讀權(quán)限交給comX；

第四步，comX從輸出區(qū)讀數(shù)據(jù)后，發(fā)送給從站，并把輸出區(qū)的寫權(quán)限交回給協(xié)議適配層。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站的實現(xiàn)方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：控制器和comX協(xié)議板卡；

控制器作為主站，實現(xiàn)和支持EtherCAT現(xiàn)場總線協(xié)議的從站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；

comX協(xié)議板卡實現(xiàn)對EtherCAT現(xiàn)場總線協(xié)議的支持，從而使控制器具備EtherCAT主站的功能。

所述comX協(xié)議板卡集成在控制器上。

進(jìn)一步，所述控制器由實時控制模塊和協(xié)議適配層組成；

實時控制模塊實現(xiàn)將PC機(jī)上組態(tài)軟件下發(fā)的EtherCAT主、從站的相關(guān)信息下傳給控制器的協(xié)議適配層；

協(xié)議適配層實現(xiàn)對EtherCAT協(xié)議板卡comX的管理、控制和維護(hù)。

進(jìn)一步，所述comX協(xié)議板卡設(shè)置有DPM；DPM是控制器和comX之間通信的接口。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站的實現(xiàn)方法的控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT主站結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供的控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站系統(tǒng)，提出一種在控制器上集成專用的EtherCAT協(xié)議板卡comX的方法，主要從硬件上提升主站的硬實時響應(yīng)時間，硬實時響應(yīng)時間，是指只要對EtherCAT總線配置成功后，comX協(xié)議板卡自身就不斷的在EtherCAT總線上進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)，而這一過程并不需要操作系統(tǒng)的調(diào)度，解決了現(xiàn)有技術(shù)中主站因采用Windows、Android、Linux等操作系統(tǒng)的軟協(xié)議棧其實時性受到影響的問題。EtherCAT主站的實現(xiàn)采用Windows操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)或Android操作系統(tǒng)上的軟協(xié)議棧，其實時性比較差，而采用一種實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT主站的實現(xiàn)方法，其實時性會得到顯著的提高；控制1000個開關(guān)量輸入和輸出的刷新時間約為30us；單個以太網(wǎng)幀最多可容納1486字節(jié)的過程數(shù)據(jù)，相當(dāng)于12000位開關(guān)量數(shù)字輸入輸出，刷新時間約為300us；控制100個伺服電機(jī)的數(shù)據(jù)通信周期約為100us。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站系統(tǒng)的實現(xiàn)方法流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站系統(tǒng)包括：控制器和comX協(xié)議板卡。

所述comX協(xié)議板卡集成在控制器上。

所述控制器由實時控制模塊和協(xié)議適配層組成；實時控制模塊實現(xiàn)將PC機(jī)上組態(tài)軟件下發(fā)的EtherCAT主、從站的相關(guān)信息下傳給控制器的協(xié)議適配層，協(xié)議適配層實現(xiàn)對EtherCAT協(xié)議板卡comX的管理、控制和維護(hù)。

comX協(xié)議板卡的核心是自帶的DPM，該DPM是控制器和comX之間通信的接口，要想在EtherCAT總線上收發(fā)數(shù)據(jù)，就需要對DPM相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行操作。

如圖2所示，本發(fā)明實施例提供的控制器實時以太網(wǎng)EtherCAT的主站系統(tǒng)的實現(xiàn)方法包括如下步驟：

S101：集成comX協(xié)議板卡，實現(xiàn)對comX的驅(qū)動；

S102：實現(xiàn)對協(xié)議棧的配置，保證EtherCAT主站正常工作；

S103：實現(xiàn)對從站的初始化，保證EtherCAT總線正常工作；

S104：實現(xiàn)周期數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，保證主站對從站的控制。

所述步驟S101juice包括：

步驟a1、協(xié)議適配層在控制器上電后，從DPM的指定地址讀取comX狀態(tài)信息，從而獲取comX的狀態(tài)；

步驟a2、協(xié)議適配層建立comX在內(nèi)存中的實例，將comX體現(xiàn)在DPM中的所有信息映射到控制器的內(nèi)存中，從而實現(xiàn)對comX的管理、控制和維護(hù)。

所述對協(xié)議棧的配置，具體包括以下步驟：

步驟b1、通過PC機(jī)上組態(tài)軟件完成對EtherCAT主站和從站的工程配置；

步驟b2、通過PC機(jī)上組態(tài)軟件編譯，生成XML格式的EtherCAT總線配置文件；

步驟b3、通過PC機(jī)上組態(tài)軟件下裝，將EtherCAT總線配置文件下傳給實時控制模塊，實時控制模塊再將配置文件傳給協(xié)議適配層，協(xié)議適配層通過調(diào)用comX提供的API接口，再將配置文件下傳給comX；

步驟b4、comX收到配置文件后，對配置文件進(jìn)行校驗并完成加載，從而實現(xiàn)對EtherCAT總線的配置。

當(dāng)comX正確獲取EtherCAT總線配置信息后，會自動識別并初始化EtherCAT總線上連接的各個從站，從而使comX進(jìn)入工作狀態(tài)，保證EtherCAT總線正常運行。

當(dāng)comX和EtherCAT總線都進(jìn)入正常的通信后，就可進(jìn)行主站和從站的數(shù)據(jù)通信了。主站和從站的數(shù)據(jù)通信即協(xié)議適配層和comX通過DPM交換周期數(shù)據(jù)，協(xié)議適配層通過輪詢的方式來訪問DPM，從DPM讀寫數(shù)據(jù)。具體包括以下步驟：

步驟d1、每個周期，comX都會把從總線上收到的數(shù)據(jù)寫入DPM的輸入?yún)^(qū)，并把DPM的讀權(quán)限交給協(xié)議適配層，同時產(chǎn)生中斷信號，并通知協(xié)議適配層；

步驟d2、協(xié)議適配層在檢測到中斷信號后，立即從DPM的輸入?yún)^(qū)獲取數(shù)據(jù)并能夠保存起來，同時將輸入?yún)^(qū)的寫權(quán)限交給comX；

步驟d3、協(xié)議適配層將上層更新到的數(shù)據(jù)寫入DPM的輸出區(qū)，并把輸出區(qū)的讀權(quán)限交給comX；

步驟d4、comX從輸出區(qū)讀數(shù)據(jù)后，發(fā)送給從站，并把輸出區(qū)的寫權(quán)限交回給協(xié)議適配層。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。