[发明专利]一种实现Powerlink工业实时以太网通讯的主/从站卡的设计方法

说明书

本发明公开了一种实现Powerlink工业实时以太网通讯的主/从站卡的设计方法。所述主从/站卡能配置成Powerlink工业实时以太网通讯主站卡或者从站卡。主/从站卡在设计时，在FPGA内部构建Powerlink协议栈的内核层和MAC层，还构建CAL驱动，CAL驱动与内核层连接。主/从站卡使用时，把金手指插入上位机主板CAL母座中，上位机运行CAL接口驱动、Powerlink协议栈的用户层和应用程序。本发明通过在Powerlink协议栈内部设置高速串行差分信号CAL接口，在保证百兆以上高速率传输的同时，又能保证信号的稳定性，提高了通讯速率，缩短了循环周期，从而提高了通讯的实时性。

技术领域

本发明涉及工业现场总线技术领域的一种工业实时以太网通讯设备的设计方法，具体为一种实现Powerlink工业实时以太网通讯的主/从站卡的设计方法。

背景技术

open Powerlink资源包中常使用CPU+FPGA组合实现Powerlink主站或从站。openPowerlink资源包中公开了一种利用open MAC(Hub)和open Powerlink Applicationstack设计实现Powerlink主站或从站的方法。

图1为现有open Powerlink模型图，open Powerlink协议栈＝用户层+会话抽象层+内核层+MAC层。除了MAC层通过硬件描述语言编程实现并运行于FPGA上之外，其余各层均通过计算机高级语言编程实现并运行于上位机CPU上(这里，作为上位机的CPU可以是不同的芯片，也可以是同一颗芯片里的不同的CPU核心)。

用户层负责控制，内核层负责通信，两层之间的接口被称作会话抽象层CAL(communication Abstraction Layer)。图1的CAL是并行通讯。

用户层包含事件处理模块、对象字典、网络状态机、时间同步模块、错误处理模块、过程数据对象PDO及服务数据对象SDO。

内核层包含事件处理模块、网络状态机、时间同步模块、错误处理模块、过程数据对象PDO、数据链路DLL(Data Link Layer)状态机、周期驱动、高精度时钟硬件及以太网驱动，其中PDO负责同步事件处理，SDO负责异步事件处理。

用户层依据CANopen协议在该层中的对象字典中索引，并将用户层端PDO一一映射到内核层端PDO，作为通信必要条件，两层之间的事件处理模块，时间同步模块、错误处理模块等都通过CAL层一一对应。位于内核层的DLL状态机作为通信核心负责根据当前网络状态决定自身状态以处理Powerlink数据帧的收发和数据帧内容的编解码，其中Powerlink数据帧由Powerlink网口经open Hub转发到open MAC解析，才输入内核层网络驱动以触发DLL状态机跳转。周期驱动依据高精度时钟硬件来定义系统绝对时间供DLL状态机和时间同步模块参考。时间同步模块产生中断，用来决定Powerlink通信周期，其中分同步阶段、异步阶段和空闲阶段。协议栈通过调整以上三阶段时间来保证Powerlink总的通信周期时间固定，以达到实时控制的目的。

open Powerlink资源包是一种入门级的实现Powerlink工业实时以太网通讯的协议栈，如果利用open Powerlink资源包设计实现Powerlink工业实时以太网通讯和进行产品设计，是无法实现以“以太网Powerlink通信行规规范”(GB/T27960-2016)规定的技术指标的。其存在如下缺点：信号传输抖动大，传输速率慢，循环周期长，同时需要采用多个芯片，设计复杂，这样就造成了Powerlink工业实时以太网通讯响应慢，传输不稳定，通讯成本高等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种实现Powerlink工业实时以太网通讯的主/从站卡的设计方法，该卡可以配置或直接制造成为主站，也可以配置或直接制造成为从站，直接制造意为出厂时的制造和配置状态。