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年提出的實時工業(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，支持多種設(shè)備連接拓撲結(jié)構(gòu)，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中 廣泛應用。EtherCAT是開放的實時以太網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，它為系統(tǒng)的實時性能和拓撲的靈活 性樹立了新的標準，并在一定程度上降低了現(xiàn)場總線的使用成本，同時具有速度快和數(shù)據(jù) 有效率高的特點，支持多種設(shè)備連接拓撲結(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，只要帶有標準以太網(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；
[0005] 2、帶寬利用率高，最大化利用以太網(wǎng)帶寬進行用戶實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)的傳 輸；
[0006] 3、通信周期短，可以達到小于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，各從站可達到小于1 ys的時鐘同步精度。
[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，從站讀取相關(guān)報文中的數(shù)據(jù)，并將響應數(shù)據(jù)插入到 同一數(shù)據(jù)幀的相關(guān)報文中。當該數(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，此時主站就與需要進行數(shù)據(jù)交換的所有從站完成數(shù)據(jù)傳輸，并獲得相應的響應數(shù)據(jù)。
[0009] 目前實現(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，但價格十分昂貴。在實際的工業(yè)應用中，往往需要配備大量的從站，如果在工廠 中每個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，同時并行地從接收 緩存模塊讀取并解析ECAT幀中的子報文，根據(jù)EtherCAT協(xié)議生成應答該EtherCAT幀的響 應數(shù)據(jù)，然后將響應數(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)建完整的響應數(shù)據(jù)幀，再將響應 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，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時，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，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：預處理模塊，接收緩存模塊，響應處理模塊，發(fā)送緩存模塊和發(fā) 送模塊，其中預處理模塊還直接與發(fā)送緩存模塊連接；
[0018] 所述預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，同時并行地從接收緩存模塊讀取并解析ECAT幀中的子報文，根據(jù)EtherCAT協(xié)議生成應 答該EtherCAT幀的響應數(shù)據(jù)，然后將響應數(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)建完整的響應數(shù)據(jù)幀，再將響應數(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，所述預處理模塊配置有RXfinish寄存器，用于標識預處理是否完成，所述 響應處理模塊還用于讀取RXfinish寄存器，并僅在預處理完成后，才開始從接收緩存模塊 讀取ECAT幀中的子報文。
[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處理模塊生成的中間數(shù)據(jù)。
[0025] 其中，所述響應處理模塊和所述發(fā)送模塊各自為所述預處理模塊提供一個反饋信 號，所述預處理模塊還用于基于所述響應處理模塊和所述發(fā)送模塊的反饋信號接收或阻斷 新的數(shù)據(jù)幀。
[0026] 其中，當所述響應處理模塊的反饋信號用于表示響應處理模塊是否空閑，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，所述預處理模塊還用于接收所述響 應處理模塊和所述發(fā)送模塊的反饋信號，并在這兩個反饋信號均表示空閑時接收新的數(shù)據(jù) 幀，否則直接阻斷新的數(shù)據(jù)幀。
[0027] 其中，所述預處理模塊還用于在將幀的頭部信息寫入幀頭寄存器時，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，所述預處理模塊，接收緩存模塊，響應處理模塊，發(fā)送緩存模塊和發(fā)送模塊 用FPGA芯片實現(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)合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，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)明一個實施例中的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的從站應答設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3示出了本發(fā)明一個實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)明一個實施例中的數(shù)據(jù)預處理模塊的數(shù)據(jù)處理流程圖；
[0039] 圖5示出了本發(fā)明一個實施例中的響應處理模塊的數(shù)據(jù)處理流程圖；
[0040] 圖6示出了本發(fā)明一個實施例中的發(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