[发明专利]一种支持多种现场总协议的系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业以太网自动化领域，尤其涉及一种支持多种现场总线协议的系统及其实现方法。

背景技术

工业以太网是用于工业自动化环境，符合IEEE 802.3标准，按照IEEE802.1D“媒体访问控制(MAC)网桥”规范和IEEE 802.1Q“局域网虚拟网桥”规范，对其没有进行任何实时扩展实现的以太网。通过采用减轻以太网负荷、提高网络速度、采用交换式以太网和全双工通信、采用数据控制、流量控制、时钟控制和同步控制等技术，现在的工业以太网基本可以做到4～1ms的通信周期。由于工业以太网互连简单，实现信息网络的无缝连接，软件硬件成本低廉，通信速率高，性能稳定，满足复杂度高规模大的系统通信，加之以太网技术的不断发展，各大公司和标准组织纷纷提出各种提升工业以太网实时性的技术解决方案。这些方案包括：

在国际上有：由ControlNet国际组织CI、工业以太网协会IEA和开放的DeviceNet供应商协会ODVA等共同开发的工业网络标准Ethernet/IP实时以太网技术；Modbus组织和IDA(Interface for Distributed Automation)集团联手开发Modbus-IDA实时以太网；Profibus International(PI)组织与Interbus Club联手合作开发与制定标准PROFINET实时工业以太网；由奥地利B&R公司于2001年开发的Ethernet PowerLink；还有由德国Beckhoff公司开发的EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)等等。

在中国有：用于工业测量与控制系统的以太网标准是在国家科技部“863”计划的支持下，由浙江大学、清华大学等单位联合成立的标准起草工作组起草的EPA(Ethernet for Plant Automation)；有由广州数控、浙江中控、大连光洋等公司联合开发的NCUC-BUS(Numerical controlsystems of machine tools Ptotocl specifications for NCUC-Bus fieldbus)。

由于各个厂商推出不同的并具有自主产权而相互不为兼容的工业以太网，这造成设备供应商如果要在一套设备上提供支持不同工业以太网方案的时候，要有支持不同工业以太网的硬件和软件平台。这使得设备生产供应商的生产成本成倍增加。图1是现有技术中传统工业以太网结构示意图，CPU通过控制以太网芯片进行数据传输，其中以太网芯片包括MAC(媒介存取层)和PHY(物理控制层)，这种实现方法只能是针对不同工业以太网，采用不同的专用以太网芯片，灵活性很差。图2是现有技术中基于FPGA的传统工业以太网结构示意图，CPU通过控制FPGA来实现工业以太网的数据传输，其中FPGA实现以太网现场总线的IP(intellectual property，知识产权)，里面包含以太网现场总线的MAC(媒介存取控制层)以及其他数据链路控制。FPGA的可编程技术使得工业以太网变得灵活和更加具有可定制性，但是由于传统上使用FPGA专用配置芯片以及配置方法使得片上配置的可重构性受到很大的限制。一片FPGA芯片要配一片的FPGA专用配置芯片，或者多片FPGA芯片配一片FPGA专用配置芯片，但这几片FPGA芯片的功能要一样。要支持多种工业以太网的话要用到逻辑资源很大的FPGA，这样硬件成本开销很大，要么就是直接采用各种以太网工业总线的专用芯片，硬件成本更高。

由于以上各种原因，目前支持多种现场总线协议的案例要么很难实现，要么就是实现了但硬件成本非常昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提出一种支持多种现场总协议的系统，该系统可以实现使用一片FPGA就可以对多种工业以太网现场总线的支持。

本发明的另一个目的在于提供上述支持多种现场总协议的实现方法。

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种支持多种现场总线协议的系统，包括CPU模块、以太网物理层芯片PHY、网络变压器、RJ45接口，所述一种支持多种现场总协议的系统还包括NOR_Flash存储器、FPGA模块以及CPLD模块；所述FPGA模块分别与CPU模块、CPLD模块以及物理层芯片PHY相连接，所述NOR_Flash存储器、CPU模块、CPLD模块依次相连，所述以太网物理层芯片PHY、网络变压器以及RJ45接口依次相连。