，并完成EtherCAT幀的發(fā)送；
[0053]所述物理層芯片與所述EtherCAT通信控制器之間采用媒體獨立接口MII進行連接，所述物理層芯片用于數(shù)據(jù)編碼和電平轉(zhuǎn)換。
[0054]為了實現(xiàn)通信節(jié)點的同步，較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述EtherCAT通信控制器中采用IEEE1588分布時鐘，可實現(xiàn)Ius的時鐘同步精度。因此，在一次通信過程中，一個以太網(wǎng)幀可以交換I486個字節(jié)的過程數(shù)據(jù)，通信周期lOOus，從而可以滿足控制領(lǐng)域?qū)崟r性通信的要求。
[0055]在本實用新型的技術(shù)方案中，EtherCAT通信控制器是核心部件。較佳的，在本實用新型的具體實施例中，EtherCAT通信控制器中可以預先設(shè)置(例如，內(nèi)部固化)EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層和物理層協(xié)議，從而可以實現(xiàn)EtherCAT數(shù)據(jù)幀的提取和插入，并通過內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)(即所述存儲器，可包括4KB的寄存器空間和I?60KB的用戶數(shù)據(jù)區(qū))完成從站本地與主站的數(shù)據(jù)交換。
[0056]另外，較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述EtherCAT通信控制器中還設(shè)置有應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器。
[0057]此時，每個EtherCAT從站設(shè)備(即所述的驅(qū)動器實時同步通信裝置，下同)都具有可尋址的存儲區(qū)，因此便于主站與從站之間進行數(shù)據(jù)的讀寫與交互。一個以太網(wǎng)報文內(nèi)部可以嵌入多個EtherCAT子報文，每個子報文都有其相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。圖2為EtherCAT通信協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)圖。EtherCAT數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)可參考圖2中所示的EtherCAT通信協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)圖。
[0058]在本實用新型的技術(shù)方案中，為了規(guī)范驅(qū)動器的運行，所述主控制板采用狀態(tài)機(ESM)來協(xié)調(diào)主、從站的當前狀態(tài)以及狀態(tài)改變，并完成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各從站設(shè)備的配置。
[0059]在本實用新型的技術(shù)方案中，EtherCAT從站的狀態(tài)機可以有五種狀態(tài)，分別為:初始化(Init)狀態(tài)、預運行(Pre-Operat1nal)狀態(tài)、安全運行(Safe-Operat1nal)狀態(tài)、運行(Operat1nal State)狀態(tài)和引導(Boot-Strap)狀態(tài)。其中，引導狀態(tài)是可選項，只能從初始化狀態(tài)到引導狀態(tài)，或者從引導狀態(tài)返回到初始化狀態(tài)。
[0060]EtherCAT從站在從低級別狀態(tài)向高級別狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，必須遵循“初始化-預運行-安全運行-運行”的順序逐級進行，不能越級式轉(zhuǎn)換。但在從高級別向低級別狀態(tài)轉(zhuǎn)換，也即狀態(tài)返回時，則不受此限制，允許跳躍式轉(zhuǎn)換。
[0061 ]因此，較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述主控制板可以完成以下所述的任務(wù):
[0062](I)初始化任務(wù):
[0063]所述主控制板，可以用于初始化主控制板(DSP微處理器)與EtherCAT通信模塊(EtherCAT通信控制器)，選擇過程數(shù)據(jù)接口類型，使能ESC中斷服務(wù)，初始化CoE對象字典，設(shè)置郵箱與過程數(shù)據(jù)的緩存通道初始參數(shù)，設(shè)置EtherCAT協(xié)議相關(guān)變量；
[0064](2)狀態(tài)機任務(wù):
[0065]所述主控制板，可以用于對預設(shè)的狀態(tài)機進行切換操作，完成狀態(tài)機的跳轉(zhuǎn)。
[0066]例如，在本實用新型的技術(shù)方案中，各從站設(shè)備狀態(tài)的變化請求均由主站發(fā)起，SP主站通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)報文，改變從站中的應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第一指定區(qū)域的值，例如，在本實用新型的較佳具體實施例中，所述第一指定區(qū)域的值可以是應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中(0x120?0x121)的值;從站的主控制板讀取所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第一指定區(qū)域的值，并將主控制板中的狀態(tài)機切換到與所讀取的值相對應(yīng)的狀態(tài)。如果切換成功，則將結(jié)果寫入所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中第二指定區(qū)域，例如，在本實用新型的較佳具體實施例中，所述第二指定區(qū)域可以是所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中的(0x130?0x131);根據(jù)當前狀態(tài)設(shè)置同步存儲(SM)或現(xiàn)場總線存儲管理單元(FMMU)通道參數(shù)，啟動或停止從站處理的數(shù)據(jù)服務(wù)類型。如果切換失敗，則從站將維持原狀態(tài)不變，并給出錯誤標志指示，將錯誤碼寫入到所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器的第三指定區(qū)域，例如，在本實用新型的較佳具體實施例中，所述第三指定區(qū)域可以是所述應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器中的(0x134?0x135)。
[0067](3)數(shù)據(jù)通信任務(wù):
[0068]所述主控制板，可以用于完成非周期性數(shù)據(jù)與過程數(shù)據(jù)通信的通道參數(shù)設(shè)置以及通信數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)郵箱數(shù)據(jù)與實時過程數(shù)據(jù)的通信服務(wù)。當啟動過程數(shù)據(jù)通信服務(wù)后，從站以查詢或中斷模式處理周期性過程數(shù)據(jù)。
[0069]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述DSP處理器可以是TI公司生成的的TMS320F28335。
[0070]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述EtherCAT通信控制器可以是ETllOO芯片。
[0071]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述物理層芯片可以是MICRELKS8721BL芯片。
[0072]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述EtherCAT通信控制器對外的與所述DSP處理器之間的接口可以是串行口 SPI(Serial Peripheral Interface，串行外設(shè)接口 )或者8 116位總線接口MCI(MicroController Interface，微控制器接口 )。
[0073]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，所述EtherCAT通信控制器與所述物理層芯片之間的接口可以是EBUS或者MII接口；所述EtherCAT通信控制器與所述存儲器(例如，EEPROM存儲器)之間的接口可以是IIC接口。
[0074]較佳的，在本實用新型的具體實施例中，根據(jù)DSP處理器對實時性及數(shù)據(jù)量的要求，可以采用MCI微控制器接口來傳送數(shù)據(jù)，所述EtherCAT通信控制器提供雙端口 RAM，DSP處理器(CoE，CANOpen over EtherCAT，在EtherCAT上運行控制局域網(wǎng)CANOpen協(xié)議)可以將EtherCAT通信控制器的數(shù)據(jù)和狀態(tài)映射到DSP處理器的存儲空間中，由DSP處理器填寫和處理待發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0075]在本實用新型的技術(shù)方案中，可以根據(jù)如下所述的具體實施方案來實現(xiàn)本實用新型的目的:
[0076]1.按照實時通信裝置的電路組成原理，設(shè)計原理圖和PCB圖，制作硬件電路板。
[0077]例如，可以根據(jù)圖4所示的驅(qū)動器實時同步通信裝置的原理框圖設(shè)計出相應(yīng)的電路。
[0078]2.按照通信協(xié)議要求，設(shè)計EtherCAT實時通信程序。
[0079]較佳的，在本實用新型的技術(shù)方案中，EtherCAT實時通信程序可以由三層組成:應(yīng)用層(AL)、EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層(DL)和EtherCAT物理層。
[0080]其中，應(yīng)用層(AL)主要完成狀態(tài)機處理，周期性過程數(shù)據(jù)的處理以及非周期性郵箱數(shù)據(jù)的處理等。
[0081]3.所有模塊整合并測試。
[0082]將各個模塊相互連接，并把EtherCAT實時通信模塊下載到主控板中，根據(jù)實時通信的要求，進行整合測試，運行相應(yīng)的流程。
[0083]開始先進行硬件初始化和協(xié)議桟的初始化。讀取事件請求寄存器，在MainLoopO函數(shù)中，周期查詢并處理過程數(shù)據(jù)和非周期事件。
[0084]上位機采用TwinCAT軟件，設(shè)置同步周期500us，啟用同步時鐘，使用示波器測試從站輸出的中斷脈沖周期，可發(fā)現(xiàn)測試誤差小于50us，可滿足驅(qū)動器的實時同步要求。
[0085]綜上可知，在本實用新型所提供的驅(qū)動器實時同步通信裝置中，由于使用了主控制板和基于EtherCAT協(xié)議的EtherCAT通信模塊，因此通過硬件的方式實現(xiàn)了以太網(wǎng)協(xié)議報文的通信，主站只與第一個從站連接，其它從站設(shè)備依次串行連接，構(gòu)成環(huán)路后原路返回，充分利用了以太網(wǎng)的全雙工特性，可滿足實時性同步要求。
[0086]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種驅(qū)動器實時同步通信裝置，其特征在于，該裝置包括:主控制板、EtherCAT通信模塊、與主控制板相連的功率驅(qū)動板和與EtherCAT通信模塊相連的存儲器； 所述主控制板與所述EtherCAT通信模塊使用并行總線或串行外設(shè)接口連接； 所述EtherCAT通信模塊將所接收的數(shù)據(jù)和/或提取得到的EtherCAT數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控制板和存儲器； 所述主控制板中設(shè)置有數(shù)字信號處理器和狀態(tài)機，所述數(shù)字信號處理器接收外部數(shù)據(jù)，通過功率驅(qū)動板對外接電機發(fā)送驅(qū)動信號，并向所述狀態(tài)機發(fā)送切換操作信號，完成主站指定的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)； 所述存儲器存儲所接收到的數(shù)據(jù)，并根據(jù)讀取指令信號將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給EtherCAT通信模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述EtherCAT通信模塊包括=EtherCAT通信控制器和兩個物理層芯片； 所述EtherCAT通信控制器從所接收到的EtherCAT幀信號中提取EtherCAT數(shù)據(jù)，并將所提取的EtherCAT數(shù)據(jù)發(fā)送給所述主控制板和存儲器，或者將要發(fā)送的數(shù)據(jù)插入EtherCAT幀信號中進行發(fā)送； 所述物理層芯片與所述EtherCAT通信控制器之間采用媒體獨立接口 MII進行連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于: 所述主控制板發(fā)送初始化信號到數(shù)字信號處理器與EtherCAT通信控制器，發(fā)送中斷服務(wù)使能信號到EtherCAT通信控制器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于， 所述主控制板向狀態(tài)機發(fā)送狀態(tài)切換信號，并在接收到狀態(tài)機返回的切換成功信號后，向應(yīng)用層狀態(tài)控制寄存器發(fā)送寫信號。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于: 所述EtherCAT通信控制器對外的與所述數(shù)字信號處理器之間的接口為串行外設(shè)接口或者微控制器接口。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于: 所述EtherCAT通信控制器與所述物理層芯片之間的接口為EBUS接口或者媒體獨立接□接口； 所述EtherCAT通信控制器與所述存儲器之間的接口為IIC接口。
【專利摘要】本實用新型公開了一種驅(qū)動器實時同步通信裝置。該裝置包括：主控制板、EtherCAT通信模塊、功率驅(qū)動板和存儲器。通過使用本實用新型所提供的驅(qū)動器實時同步通信裝置，可以以硬件的方式實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議報文的通信，滿足實時性同步要求。
【IPC分類】H04L7/00
【公開號】CN205304824
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】鄒金欣, 曹為理, 陳衛(wèi)彬, 張允志, 李帥, 劉超, 李景銀, 孫宏偉, 花磊
【申請人】中國船舶重工集團公司第七一六研究所, 江蘇杰瑞科技集團有限責任公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年11月21日