本發(fā)明涉及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種EtherCAT分布式I/O板卡及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

背景技術(shù)：

EtherCAT（Ethernet Control Automation Technology，以太網(wǎng)控制自動化技術(shù)）總線是以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開放架構(gòu)的現(xiàn)場總線，由于其現(xiàn)場總線配置簡單靈活、有較強(qiáng)的實用性和實時性，且成本較低，因此被廣泛應(yīng)用于自動化、運(yùn)動控制和工業(yè)控制等領(lǐng)域。

EtherCAT分布式I/O板卡是EtherCAT的總線數(shù)據(jù)輸入/輸出控制的關(guān)鍵器件，現(xiàn)有的EtherCAT I/O板卡硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且需要配置價格昂貴的專用EtherCAT物理層芯片來實現(xiàn)EtherCAT協(xié)議的硬件解析和轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致硬件設(shè)計和拓展繁瑣復(fù)雜，同時硬件成本和硬件拓展開發(fā)成本較高。

因此，現(xiàn)有EtherCAT分布式I/O板卡技術(shù)有待改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供一種EtherCAT分布式I/O板卡及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，解決現(xiàn)有EtherCAT分布式I/O板卡硬件成本和硬件拓展開發(fā)成本較高的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種EtherCAT分布式I/O板卡，包括主控CPU和兩個RJ-45接口，所述主控CPU內(nèi)置雙通道EtherCAT物理層，所述雙通道EtherCAT物理層與所述兩個RJ-45接口連接，所述EtherCAT分布式I/O板卡還包括I/O接口。

優(yōu)選的，所述I/O接口包括兩個接線端子、光電耦合器、輸入驅(qū)動電路和輸出驅(qū)動電路。

優(yōu)選的，所述主控CPU為瑞薩R-IN32M3-EC芯片。

優(yōu)選的，所述瑞薩R-IN32M3-EC芯片包括ARM Cortex M3內(nèi)核、硬件實時內(nèi)核、以太網(wǎng)加速器、雙通道EtherCAT物理層、雙通道以太網(wǎng)MAC、內(nèi)部RAM、DMA通道和通用I/O接口。

優(yōu)選的，所述EtherCAT分布式I/O板卡可使用所述RJ-45接口通過5類雙絞線與其他EtherCAT設(shè)備連接。

優(yōu)選的，所述主控CPU內(nèi)置嵌入開發(fā)式軟件和EtherCAT協(xié)議庫。

優(yōu)選的，所述主控CPU采用EtherCAT總線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

優(yōu)選的，所述EtherCAT總線的總線鏈路數(shù)據(jù)可編程配置。

優(yōu)選的，所述RJ-45接口還內(nèi)置有網(wǎng)絡(luò)變壓器。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，還提供一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括上述的EtherCAT分布式I/O板卡。

本發(fā)明提供的EtherCAT分布式I/O板卡及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過主控CPU內(nèi)置的雙通道EtherCAT物理層與所述兩個RJ-45接口連接，提高了EtherCAT總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ餍?、安全性、可靠性和靈活性，提升了主控CPU硬件開發(fā)的可拓展性，同時降低了硬件成本和拓展開發(fā)成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中EtherCAT分布式I/O板卡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中主控CPU瑞薩R-IN32M3-EC芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中I/O接口的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步更詳細(xì)的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以結(jié)合具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

圖1為本發(fā)明實施例中EtherCAT分布式I/O板卡的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，所述EtherCAT分布式I/O板卡，包括主控CPU 10、RJ-45接口20和RJ-45接口30。所述主控CPU10內(nèi)置雙通道EtherCAT物理層101，所述雙通道EtherCAT物理層101與所述兩個RJ-45接口20、30連接，所述EtherCAT分布式I/O板卡還包括I/O接口40。

在本實施例中，為了提高開發(fā)效率和降低開發(fā)成本，所述主控CPU 10采用瑞薩半導(dǎo)體公司的R-IN32M3-EC芯片，并采用EtherCAT總線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。參見圖2，所述R-IN32M3-EC芯片包括ARM Cortex M3內(nèi)核、硬件實時內(nèi)核、以太網(wǎng)加速器、雙通道EtherCAT物理層101、雙通道以太網(wǎng)MAC、內(nèi)部RAM、DMA通道和通用I/O接口。其中，所述ARM Cortex M3內(nèi)核主頻100MHz，以太網(wǎng)加速器提高了所述主控CPU10的工作效率。

所述R-IN32M3-EC芯片可內(nèi)置嵌入比如IAR KickStart開發(fā)式套件和EtherCAT協(xié)議庫，通過內(nèi)置的硬件、工具軟件或應(yīng)用APP，對芯片功能進(jìn)行快速評估，充分利用硬件實時內(nèi)核的功能，并支持工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議棧，所述EtherCAT總線的總線鏈路數(shù)據(jù)可編程配置，同時還可以為EtherCAT、EtherNet/IP或PROFINET等協(xié)議設(shè)置運(yùn)行環(huán)境，其內(nèi)置的硬件實時內(nèi)核和DMA通道使數(shù)據(jù)任務(wù)分配更加合理，只需要在不同的位置添加對應(yīng)任務(wù)，然后分解執(zhí)行。因此，所述R-IN32M3-EC芯片為建立基于以太網(wǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供了一個完整而功能強(qiáng)大、簡單而低本高效的平臺，可快捷高效地在工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換控制平臺的部署，與現(xiàn)有EtherCAT I/O結(jié)構(gòu)需要配置價格昂貴的專用EtherCAT物理層的芯片相比，提高了EtherCAT總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ餍省踩浴⒖煽啃院挽`活性，同時降低了硬件成本和拓展開發(fā)成本。

需要說明的是，本發(fā)明的主控CPU10并不限于R-IN32M3-EC芯片，在實際應(yīng)用中可根據(jù)實際功能需求和成本考慮，選用其他功能結(jié)構(gòu)類似的內(nèi)置雙通道EtherCAT物理層的芯片或硬件結(jié)構(gòu)。

圖3為本發(fā)明實施例中I/O接口的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，所述I/O接口40包括第一接線端子401、第二接線端子402、第一光電耦合器403、第二光電耦合器404、輸入驅(qū)動電路405以及輸出驅(qū)動電路406。在本實施例中，在所述RJ-45接口20、30、內(nèi)置有網(wǎng)絡(luò)變壓器，用于將所述雙通道EtherCAT物理層101的差分信號用差模耦合線圈耦合濾波以增強(qiáng)信號，并通過電磁場的轉(zhuǎn)換耦合到不同電平的連接網(wǎng)線的另外一端，同時隔離網(wǎng)線連接的不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的不同電平，以防止不同電壓通過網(wǎng)線傳輸而損壞網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在本實施例中，所述I/O接口40采用第一光電耦合器403和第二光電耦合器404分別實現(xiàn)輸入點和輸出點的電氣隔離，并采用輸入驅(qū)動電路405和輸出驅(qū)動電路406的獨立的輸入、輸出驅(qū)動電路設(shè)計，提高了所述主控CPU10的數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

在本實施例中，所述第一接線端子401、輸入驅(qū)動電路405以及第一光電耦合器403共同形成外部數(shù)據(jù)的輸入通道，而所述第二接線端子402、輸出驅(qū)動電路406以及第二光電耦合器406共同形成內(nèi)部數(shù)據(jù)的輸出通道，最終實現(xiàn)所述主控CPU10的數(shù)據(jù)快速、高效的輸入/輸出。所述EtherCAT分布式I/O板卡可使用所述RJ-45接口20、30通過5類雙絞線與其他EtherCAT設(shè)備連接。

在本實施例的EtherCAT分布式I/O板卡中，通過主控CPU內(nèi)置的雙通道EtherCAT物理層與所述兩個RJ-45接口20、30連接，提高了EtherCAT總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ餍?、安全性、可靠性和靈活性，提升了主控CPU硬件開發(fā)的可拓展性，同時降低了EtherCAT分布式I/O板卡的硬件成本和拓展開發(fā)成本。

在本發(fā)明的另一個實施例中，提供一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括上述實施例中的EtherCAT分布式I/O板卡，提高了所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ餍?、安全性和可靠性，同時降低了所述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件成本和拓展開發(fā)成本。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實現(xiàn)。例如，如果用硬件來實現(xiàn)，和在另一實施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項或他們的組合來實現(xiàn)：具有用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列（PGA），現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。