專利名稱：一種EtherCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)及其通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微處理器的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT與CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)及其通信方法，屬于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的日益廣泛推廣，用于辦公及信息自動(dòng)化的以太網(wǎng)技術(shù)開始逐漸向下延伸，直接應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備的自動(dòng)化控制。EtherCAT(Ethernet for Control and Automation Technology)是一種用于工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)、高速以太網(wǎng)通信協(xié)議。它具有傳輸容量大、傳輸速度快、時(shí)鐘同步性高、 實(shí)現(xiàn)成本低、開放性好等特點(diǎn)。它已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)，是國際標(biāo)準(zhǔn)IEC/PAS6M07以及 IS01574-4的一部分。EtherCAT使用全雙工100Mb/S以太網(wǎng)，系統(tǒng)由一個(gè)通信主站和若干從站通信節(jié)點(diǎn)組成。主站使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器，協(xié)議和驅(qū)動(dòng)程序由軟件實(shí)現(xiàn)。從站通信節(jié)點(diǎn)使用轉(zhuǎn)發(fā)器處理技術(shù)。CAN總線是一種廣泛應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)，在多種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中有大量工程應(yīng)用。但KherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)與CAN總線在通信協(xié)議上存在明顯區(qū)別，因此當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)中同時(shí)存在EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)和CAN總線時(shí)，不能直接進(jìn)行互聯(lián)通信，需要設(shè)計(jì)一種網(wǎng)關(guān)來解決這個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，實(shí)現(xiàn)KherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)與CAN總線的直接
互聯(lián)通信。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種EtherCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括EtherCAT協(xié)議收發(fā)器(PHY )、 EtherCAT協(xié)議控制器、ARM中央控制器、CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器。所述的ARM中央控制器分別與KherCAT協(xié)議控制器和CAN總線控制器雙向連接；所述的KherCAT協(xié)議控制器通過KherCAT協(xié)議收發(fā)器與KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)雙向連接；所述的CAN總線控制器通過CAN總線收發(fā)器與CAN總線雙向連接。所述的ARM中央控制器可以是以下三種之一
a.ARM7嵌入式處理器，包含32位的RISC處理器的ARM7處理器內(nèi)核；
b.ARM9嵌入式處理器，包含32位的RISC處理器的ARM9處理器內(nèi)核；
c.其他ARM系列嵌入式處理器。所述ARM中央控制器分別與ARM中央控制器外圍電路6、配置信息存儲器7、數(shù)據(jù)存儲器8、程序存儲器9、顯示10相連。一種肚herCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)的通信方法，其特征在于包括肚herCAT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)的方法和CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成EtherCAT數(shù)據(jù)的方法，具體包括以下步驟EtherCAT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)=EtherCAT協(xié)議收發(fā)器接受EtherCAT的數(shù)據(jù)發(fā)送至KherCAT協(xié)議控制器；EtherCAT協(xié)議控制器根據(jù)KherCAT協(xié)議規(guī)定，接收KherCAT 數(shù)據(jù)幀；ARM中央控制器讀取EtherCAT協(xié)議控制器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過邏輯運(yùn)算處理，生成CAN 數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫入CAN總線控制器；CAN總線控制器根據(jù)CAN總線協(xié)議的規(guī)定，讀取ARM 中央控制器寫入CAN總線控制器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼生成CAN數(shù)據(jù)幀；CAN總線收發(fā)器接收 CAN總線控制器的數(shù)據(jù)幀并發(fā)送到CAN總線。CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成EtherCAT數(shù)據(jù)CAN總線收發(fā)器接受CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送至 CAN總線控制器；CAN總線控制器根據(jù)CAN總線協(xié)議規(guī)定，接收CAN數(shù)據(jù)幀；ARM中央控制器讀取CAN總線控制器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過邏輯運(yùn)算處理，生成EtherCAT數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫入 EtherCAT協(xié)議控制器；EtherCAT協(xié)議控制器根據(jù)KherCAT協(xié)議的規(guī)定，讀取ARM中央控制器寫入EtherCAT協(xié)議控制器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼生成CAN數(shù)據(jù)幀；EtherCAT協(xié)議收發(fā)器接收KherCAT協(xié)議控制器的數(shù)據(jù)幀并發(fā)送到KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)。本發(fā)明的有益效果是，提出一種KherCAT網(wǎng)關(guān)及其工作方法，解決KherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)與CAN總線通信的互聯(lián)問題；使用ARM系列嵌入式處理器作為中央控制器，實(shí)現(xiàn)簡單，功能全面，運(yùn)行穩(wěn)定，成本低廉。


圖1是本發(fā)明的基本架構(gòu)和工作原理； 圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)。圖中1. EtherCAT協(xié)議收發(fā)器，2. EtherCAT協(xié)議控制器，3. ARM中央控制器， 4. CAN總線控制器，5. CAN總線收發(fā)器，6. ARM中央控制器外圍電路，7.配置信息存儲器， 8.數(shù)據(jù)存儲器，9.程序存儲器，10.顯示。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，一種KherCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)， 包括KherCAT協(xié)議收發(fā)器1、EtherCAT協(xié)議控制器2、ARM中央控制器3、CAN總線控制器 4、CAN總線收發(fā)器5。所述的ARM中央控制器分別與EtherCAT協(xié)議控制器2和CAN總線控制器4雙向連接；所述的KherCAT協(xié)議控制器2通過KherCAT協(xié)議收發(fā)器1與KherCAT 工業(yè)以太網(wǎng)雙向連接；所述的CAN總線控制器4通過CAN總線收發(fā)器5與CAN總線雙向連接。一種EtherCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)的通信方法，包括EtherCAT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)的方法和CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成EtherCAT數(shù)據(jù)的方法，具體包括以下步驟
EtherCAT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)=EtherCAT協(xié)議收發(fā)器1接收KherCAT的數(shù)據(jù)發(fā)送至KherCAT協(xié)議控制器2 ；EtherCAT協(xié)議控制器2根據(jù)KherCAT協(xié)議規(guī)定，接收KherCAT 數(shù)據(jù)幀；ARM中央控制器3讀取EtherCAT協(xié)議控制器2中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過邏輯運(yùn)算處理，生成 CAN數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫入CAN總線控制器4 ；CAN總線控制器4根據(jù)CAN總線協(xié)議的規(guī)定， 讀取ARM中央控制器3寫入CAN總線控制器4中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼生成CAN數(shù)據(jù)幀；CAN總線收發(fā)器5接收CAN總線控制器4的數(shù)據(jù)幀并發(fā)送到CAN總線。CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成KherCAT數(shù)據(jù)CAN總線收發(fā)器5接收CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送至CAN總線控制器4 ；CAN總線控制器4根據(jù)CAN總線協(xié)議規(guī)定，接收CAN數(shù)據(jù)幀；ARM中央控制器3讀取CAN總線控制器4中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過邏輯運(yùn)算處理，生成EtherCAT數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫入KherCAT協(xié)議控制器2 ；EtherCAT協(xié)議控制器2根據(jù)KherCAT協(xié)議的規(guī)定，讀取ARM 中央控制器3寫入EtherCAT協(xié)議控制器2中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼生成CAN數(shù)據(jù)幀；EtherCAT 協(xié)議收發(fā)器1接收EtherCAT協(xié)議控制器2的數(shù)據(jù)幀并發(fā)送到EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)。結(jié)合圖1和圖2對本發(fā)明的電路及其工作原理做進(jìn)一步說明本發(fā)明的電路包括 EtherCAT協(xié)議控制電路，CAN總線控制電路，ARM中央控制器3及其外圍接口電路。具體電路分類如下
如圖1所示=EtherCAT協(xié)議控制電路是KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)和ARM中央控制器3接口的主要控制電路，主要包括EtherCAT協(xié)議收發(fā)器1，EtherCAT協(xié)議控制器2和其與ARM 中央控制器3的接口電路。ARM中央控制器3通過標(biāo)準(zhǔn)的總線讀寫來控制EtherCAT協(xié)議控制器2發(fā)送或接收EtherCAT的數(shù)據(jù)，EtherCAT協(xié)議控制器2負(fù)責(zé)總線的監(jiān)視和管理、發(fā)送或接收數(shù)據(jù)、編碼或解碼數(shù)據(jù)幀。EtherCAT協(xié)議收發(fā)器1負(fù)責(zé)將收發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合 EtherCAT物理層規(guī)定的電信號，同時(shí)對EtherCAT的協(xié)議控制電路進(jìn)行隔離和保護(hù)。CAN總線控制電路是CAN總線和ARM中央控制器3接口的主要控制電路，主要包括CAN總線收發(fā)器5，CAN總線控制器4和其與ARM中央控制器3的接口電路。ARM中央控制器3通過標(biāo)準(zhǔn)的總線讀寫來控制CAN總線協(xié)議控制器4發(fā)送或接收CAN總線的數(shù)據(jù)，CAN 總線控制器4負(fù)責(zé)總線的監(jiān)視和管理、發(fā)送或接收數(shù)據(jù)、編碼或解碼數(shù)據(jù)幀。CAN總線收發(fā)器5負(fù)責(zé)將收發(fā)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合CAN總線物理層規(guī)定的電信號，同時(shí)對CAN的總線控制電路進(jìn)行隔離和保護(hù)。如圖2所示ARM中央控制器3及其外圍電路實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)的中央控制功能，主要包括ARM中央控制器3、ARM中央控制器外圍電路6、配置信息存儲器7、數(shù)據(jù)存儲器8、程序存儲器9、顯示10。ARM系列處理器內(nèi)核是32位的RISC處理器，支持Thumb (16位)/ARM (32 位)雙指令集，主要負(fù)責(zé)運(yùn)行用戶的應(yīng)用程序。程序存儲器9由非易失性閃存(FLASH)或非易失鐵電存儲器(F-RAM)組成，永久保存應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)存儲器8由同步動(dòng)態(tài)隨即訪問存儲器(SDRAM)組成，用于代碼運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存分配及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲。配置信息存儲器7由非易失鐵電存儲器(F-RAM)組成，存儲總線配置信息數(shù)據(jù)、用戶配置信息及用戶需永久保存的數(shù)據(jù)信息。用戶可以通過編程工具進(jìn)行應(yīng)用存儲器的編寫和編譯，生成二進(jìn)制代碼文件后， 通過網(wǎng)絡(luò)接口、串口或JTAG接口下載至程序存儲器9中，ARM中央控制器3將自動(dòng)加載并執(zhí)行用戶應(yīng)用程序，對總線進(jìn)行邏輯處理，并進(jìn)行管理及顯示10等其他功能。ARM中央控制器外圍電路是指根據(jù)單片機(jī)運(yùn)行需要配置的附屬電路，如晶振、看門狗電路等等。以上僅以最佳實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，然其并非對本發(fā)明的限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍以表示在權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種EtherCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括EtherCAT協(xié)議收發(fā)器、 EtherCAT協(xié)議控制器、ARM中央控制器、CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器，所述ARM中央控制器分別與KherCAT協(xié)議控制器和CAN總線控制器雙向連接；所述的KherCAT協(xié)議控制器通過KherCAT協(xié)議收發(fā)器與KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)雙向連接；所述的CAN總線控制器通過CAN總線收發(fā)器與CAN總線雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的EtherCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述ARM中央控制器為以下三種之一a.ARM7嵌入式處理器，包含32位的RISC處理器的ARM7處理器內(nèi)核；b.ARM9嵌入式處理器，包含32位的RISC處理器的ARM9處理器內(nèi)核；c.其他ARM系列嵌入式處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的EtherCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述ARM中央控制器分別與ARM中央控制器外圍電路6、配置信息存儲器7、數(shù)據(jù)存儲器8、程序存儲器9、顯示10相連。
4.一種EtherCAT與CAN通信的網(wǎng)關(guān)的通信方法，其特征在于，包括以下步驟EtherCAT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)=EtherCAT協(xié)議收發(fā)器接受EtherCAT的數(shù)據(jù)發(fā)送至KherCAT協(xié)議控制器；EtherCAT協(xié)議控制器根據(jù)KherCAT協(xié)議規(guī)定，接收KherCAT數(shù)據(jù)幀；ARM中央控制器讀取EtherCAT協(xié)議控制器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過邏輯運(yùn)算處理，生成CAN數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫入CAN總線控制器；CAN總線控制器根據(jù)CAN總線協(xié)議的規(guī)定，讀取ARM 中央控制器寫入CAN總線控制器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼生成CAN數(shù)據(jù)幀；CAN總線收發(fā)器接收 CAN總線控制器的數(shù)據(jù)幀并發(fā)送到CAN總線；CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成EtherCAT數(shù)據(jù)CAN總線收發(fā)器接受CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送至CAN 總線控制器；CAN總線控制器根據(jù)CAN總線協(xié)議規(guī)定，接收CAN數(shù)據(jù)幀；ARM中央控制器讀取CAN總線控制器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過邏輯運(yùn)算處理，生成EtherCAT數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫入 EtherCAT協(xié)議控制器；EtherCAT協(xié)議控制器根據(jù)KherCAT協(xié)議的規(guī)定，讀取ARM中央控制器寫入EtherCAT協(xié)議控制器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼生成CAN數(shù)據(jù)幀；EtherCAT協(xié)議收發(fā)器接收KherCAT協(xié)議控制器的數(shù)據(jù)幀并發(fā)送到KherCAT工業(yè)以太網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種EtherCAT網(wǎng)關(guān)及其通信方法，所述的網(wǎng)關(guān)包括EtherCAT協(xié)議控制器、EtherCAT收發(fā)器、ARM中央控制器、CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器。ARM中央控制器分別與EtherCAT協(xié)議控制器和CAN總線控制器雙向連接；所述的EtherCAT協(xié)議控制器通過EtherCAT協(xié)議收發(fā)器與EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)雙向連接；所述的CAN總線控制器通過CAN總線收發(fā)器與CAN總線雙向連接。本發(fā)明通過ARM中央控制器實(shí)現(xiàn)了EtherCAT協(xié)議控制器與CAN總線控制器的數(shù)據(jù)交換，解決了EtherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)與CAN總線通信的互聯(lián)問題。
文檔編號H04L12/66GK102231718SQ20111020303
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者王丹麟, 謝李丹, 鄔東曉, 鹿海霞 申請人:國電南京自動(dòng)化股份有限公司