基于EtherCAT協(xié)議的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從站通信方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種基于EtherCAT協(xié)議 的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從站通信方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] EtherCAT是由德國BECKH0FF自動化公司于2003年提出的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。 它具有高速和高數(shù)據(jù)有效率的特點(diǎn)，支持多種設(shè)備連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中 廣泛應(yīng)用。EtherCAT是開放的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，它為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和拓?fù)涞撵`活 性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)，并在一定程度上降低了現(xiàn)場總線的使用成本，同時(shí)具有速度快和數(shù)據(jù) 有效率高的特點(diǎn)，支持多種設(shè)備連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0003] 具體地說，EtherCAT協(xié)議的主要優(yōu)勢如下：
[0004] 1、適用性廣，只要帶有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)控制器的系統(tǒng)都可作為EtherCAT主站，從小型 的16位處理器到使用3GHz處理器的PC機(jī)；
[0005] 2、帶寬利用率高，最大化利用以太網(wǎng)帶寬進(jìn)行用戶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳 輸；
[0006] 3、通信周期短，可以達(dá)到小于100yS的數(shù)據(jù)刷新周期，足以滿足伺服系統(tǒng)的閉環(huán) 控制；
[0007] 4、同步精度高，各從站可達(dá)到小于1 ys的時(shí)鐘同步精度。
[0008] 目前，EtherCAT技術(shù)采用的是主從介質(zhì)訪問方式，即在基于EtherCAT的系統(tǒng)中， 主站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，在數(shù)據(jù)幀經(jīng)過從站時(shí)，從站讀取相關(guān)報(bào)文中的數(shù)據(jù)，并將響應(yīng)數(shù)據(jù)插入到 同一數(shù)據(jù)幀的相關(guān)報(bào)文中。當(dāng)該數(shù)據(jù)幀經(jīng)過所有從站后，再由末端從站將該數(shù)據(jù)幀返回主 站，此時(shí)主站就與需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的所有從站完成數(shù)據(jù)傳輸，并獲得相應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0009] 目前實(shí)現(xiàn)EtherCAT協(xié)議中從站通信的硬件裝置主要有ET1100芯片，該芯片可在 市場購買，但價(jià)格十分昂貴。在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中，往往需要配備大量的從站，如果在工廠 中每個(gè)需要的位置都配置一臺基于ET1100芯片的從站，則成本會非常高昂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種低成本的EtherCAT協(xié)議的從站通信解決方案。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于EtherCAT協(xié)議的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從站通 信方法，所述從站包括幀頭寄存器，接收緩存模塊和發(fā)送緩存模塊；所述從站通信方法包括 下列步驟：
[0012] 1)從以太網(wǎng)接收EtherCAT幀，將幀的頭部信息寫入幀頭寄存器，將幀數(shù)據(jù)寫入接 收緩存模塊；
[0013] 2)從幀頭寄存器讀取幀的頭部信息并將其寫入發(fā)送緩存模塊，同時(shí)并行地從接收 緩存模塊讀取并解析ECAT幀中的子報(bào)文，根據(jù)EtherCAT協(xié)議生成應(yīng)答該EtherCAT幀的響 應(yīng)數(shù)據(jù)，然后將響應(yīng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩存模塊；
[0014] 3)在步驟2)完成后，根據(jù)發(fā)送緩存模塊的數(shù)據(jù)構(gòu)建完整的響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，再將響應(yīng) 數(shù)據(jù)幀發(fā)送至以太網(wǎng)。
[0015] 其中，所述步驟2)還包括：在完成將響應(yīng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩存模塊的操作后，發(fā)出 第一反饋信號；所述步驟3)還包括：在完成將將響應(yīng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送至以太網(wǎng)的操作后，發(fā)出 第二反饋信號；所述步驟1)還包括：接收所述第一反饋信號和所述第二反饋信號，在所述 第一反饋信號和所述第二反饋信號均接收到時(shí)，開始從以太網(wǎng)接收新的數(shù)據(jù)幀，在未接收 到所述第一反饋信號和所述第二反饋信號中任一個(gè)時(shí)，直接阻斷新的數(shù)據(jù)幀。
[0016] 其中，所述步驟1)還包括：在將幀的頭部信息寫入幀頭寄存器時(shí)，根據(jù)幀的頭部 信息判斷所接收的數(shù)據(jù)幀是否為EtherCAT幀，如果是，則將幀數(shù)據(jù)寫入接收緩存模塊，如 果否，則停止將幀數(shù)據(jù)寫入接收緩存模塊，并在接收下一幀時(shí)用下一幀的幀頭信息覆蓋所 述幀頭寄存器中的數(shù)據(jù)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種基于EtherCAT協(xié)議的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從站 通信裝置，包括依次級聯(lián)的：預(yù)處理模塊，接收緩存模塊，響應(yīng)處理模塊，發(fā)送緩存模塊和發(fā) 送模塊，其中預(yù)處理模塊還直接與發(fā)送緩存模塊連接；
[0018] 所述預(yù)處理模塊用于從以太網(wǎng)接收EtherCAT幀，將幀的頭部信息寫入幀頭寄存 器，將幀數(shù)據(jù)寫入接收緩存模塊；
[0019] 所述響應(yīng)處理模塊用于從幀頭寄存器讀取幀的頭部信息并將其寫入發(fā)送緩存模 塊，同時(shí)并行地從接收緩存模塊讀取并解析ECAT幀中的子報(bào)文，根據(jù)EtherCAT協(xié)議生成應(yīng) 答該EtherCAT幀的響應(yīng)數(shù)據(jù)，然后將響應(yīng)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩存模塊；
[0020] 所述發(fā)送模塊用于檢測響應(yīng)處理模塊的數(shù)據(jù)處理是否完成，并根據(jù)發(fā)送緩存模塊 的數(shù)據(jù)構(gòu)建完整的響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，再將響應(yīng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送至以太網(wǎng)。
[0021] 其中，所述接收緩存模塊和發(fā)送緩存模塊均為FIFO緩存模塊。
[0022] 其中，所述預(yù)處理模塊配置有RXfinish寄存器，用于標(biāo)識預(yù)處理是否完成，所述 響應(yīng)處理模塊還用于讀取RXfinish寄存器，并僅在預(yù)處理完成后，才開始從接收緩存模塊 讀取ECAT幀中的子報(bào)文。
[0023] 其中，所述工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從站通信裝置與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從站控制裝置共用DPRAM 存儲器并共用連接所述DPRAM存儲器的數(shù)據(jù)通道。
[0024] 其中，所述DPRAM存儲器的部分存儲空間分別映射對不同種類的外設(shè)10設(shè)備的操 作，另一部分存儲空間用于存儲所述響應(yīng)處理模塊生成的中間數(shù)據(jù)。
[0025] 其中，所述響應(yīng)處理模塊和所述發(fā)送模塊各自為所述預(yù)處理模塊提供一個(gè)反饋信 號，所述預(yù)處理模塊還用于基于所述響應(yīng)處理模塊和所述發(fā)送模塊的反饋信號接收或阻斷 新的數(shù)據(jù)幀。
[0026] 其中，當(dāng)所述響應(yīng)處理模塊的反饋信號用于表示響應(yīng)處理模塊是否空閑，所述發(fā) 送模塊的反饋信號用于表示發(fā)送緩存模塊是否空閑，所述預(yù)處理模塊還用于接收所述響 應(yīng)處理模塊和所述發(fā)送模塊的反饋信號，并在這兩個(gè)反饋信號均表示空閑時(shí)接收新的數(shù)據(jù) 幀，否則直接阻斷新的數(shù)據(jù)幀。
[0027] 其中，所述預(yù)處理模塊還用于在將幀的頭部信息寫入幀頭寄存器時(shí)，根據(jù)幀的頭 部信息判斷所接收的數(shù)據(jù)幀是否為EtherCAT幀，如果是則將幀數(shù)據(jù)寫入接收緩存模塊，如 果否，則停止將幀數(shù)據(jù)寫入接收緩存模塊，并在接收下一幀時(shí)用下一幀的幀頭信息覆蓋幀 頭寄存器中的數(shù)據(jù)。
[0028] 其中，所述預(yù)處理模塊，接收緩存模塊，響應(yīng)處理模塊，發(fā)送緩存模塊和發(fā)送模塊 用FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果：
[0030] 1、本發(fā)明基于FPGA實(shí)現(xiàn)了EtherCAT協(xié)議的從站通信裝置，成本低廉，有助于大量 部署。
[0031] 2、本發(fā)明能夠處理多種指令模式的EtherCAT通信處理，可適用各種不同領(lǐng)域的 工業(yè)應(yīng)用。
[0032] 3、本發(fā)明在兼容多種指令模式的前提下，確保了高魯棒性，高可靠性。
[0033] 4、本發(fā)明在兼容多種指令模式的前提下，提高了數(shù)據(jù)收發(fā)成功率以及通信速率。
【附圖說明】
[0034] 以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中：
[0035] 圖1示出了一種基于EtherCAT協(xié)議的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架示意圖；
[0036] 圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的從站應(yīng)答設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的從站通信方法的流程示意圖；
[0038] 圖4示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊的數(shù)據(jù)處理流程圖；
[0039] 圖5示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的響應(yīng)處理模塊的數(shù)據(jù)處理流程圖；
[0040] 圖6示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)處理流程圖；
[0041]圖7示出了本發(fā)明一