[发明专利]EtherCAT主站装置

说明书

本发明涉及工业以太网现场总线通信领域，公开了一种EtherCAT主站装置。本发明中，EtherCAT主站装置包括处理模块和为数据传输提供环境的数据通信模块，以及FPGA模块；FPGA模块分别与处理模块和数据通信模块通信连接，在EtherCAT主站与各EtherCAT从站进行通信时，对主站和各从站进行时钟同步；数据通信模块通过通信总线获取EtherCAT主站数据帧，并将EtherCAT主站数据帧传送至各EtherCAT从站。本发明实施方式提供的EtherCAT主站装置，大大降低了CPU的处理压力，有效提升了数据帧收发的效率及稳定性，并且通过在FPGA中实现时钟同步，从而保证了数据帧收发的实时性。

技术领域

本发明涉及工业以太网现场总线通信领域，特别涉及一种EtherCAT主站装置。

背景技术

随着电子和通信技术的进步，工业自动化控制由传统的点对点的集中控制模式逐渐转变为基于网络化的现场总线通信控制模式。基于工业以太网的现场总线通信系统将工业现场的控制、监测等设备通过串行信号的方式集成在一个通信网络中，具有全数字、双向和串行多节点等优点，并且可以实现百兆以太网的高速、低抖动的控制，因而被广泛应用于各种高速高精度的运动控制系统当中。

EtherCAT(Ether Control Automation Technology，以太网控制自动化技术，或实时工业以太网)是一种基于工业以太网的现场总线通信协议，因其广泛的适用性、刷新周期短和同步性能好等优点，已在各类控制系统中得到了广泛的认可和应用。

现有的EtherCAT主站的实现方案大部分是采用在风河(Wind River)操作系统(VxWorks)下基于工控机的解决方案，当然也有基于打上实时补丁成为实时Linux操作系统的嵌入式解决方案。其硬件方案绝大部分采用中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)外扩网卡的芯片的通用体系架构，CPU用来分别处理EtherCAT协议的数据链路层和应用层。

但是在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在一些问题：现有的这种EtherCAT主站实现方案利用CPU和网卡配合来处理数据帧的收发操作，降低了数据帧收发的稳定性，同时网卡单缓存的操作模式也降低了数据收发的效率，造成了应用于工业环境的稳定性问题和效率问题。另外，由于EtherCAT主站时钟同步存在偏差，会使得EtherCAT主站在接收或发送数据帧时导致数据帧的丢失，无法保证数据帧的实时性，因此也不利于高精度的实时控制系统。

发明内容

本发明实施方式解决的问题在于提供一种EtherCAT主站装置，大大降低了CPU的处理压力，有效提升了数据帧收发的效率及稳定性，并且通过在FPGA中实现时钟同步，从而保证了数据帧收发的实时性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种实时工业以太网EtherCAT主站装置，包括处理模块和为数据传输提供环境的数据通信模块；EtherCAT主站装置还包括：现场可编程门阵列FPGA模块；FPGA模块分别与处理模块和数据通信模块通信连接，在EtherCAT主站与各EtherCAT从站进行通信时，对EtherCAT主站和各EtherCAT从站进行时钟同步；其中，FPGA模块通过数据通信总线接收处理模块提供的数据，按照EtherCAT标准协议对处理模块提供的数据进行调度和组帧，得到EtherCAT主站数据帧，和/或接收数据通信模块反馈的EtherCAT从站数据帧，按照EtherCAT标准协议对数据通信模块反馈的数据进行解帧，得到EtherCAT从站数据；数据通信模块通过通信总线获取EtherCAT主站数据帧，并将EtherCAT主站数据帧传送至各EtherCAT从站，和/或接收各EtherCAT从站反馈的EtherCAT从站数据帧。