基于EtherCAT协议的工业控制网络从站通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于EtherCAT协议的工业控制网络从站通信方法，包括：1)从以太网接收EtherCAT帧，将帧的头部信息写入帧头寄存器，将帧数据写入接收缓存模块；2)从帧头寄存器读取帧的头部信息并将其写入发送缓存模块，同时并行地从接收缓存模块读取并解析ECAT帧中的子报文，根据EtherCAT协议生成应答该EtherCAT帧的响应数据，然后将响应数据写入发送缓存模块；3)在步骤2)完成后，根据发送缓存模块的数据构建完整的响应数据帧，再将响应数据帧发送至以太网。本发明专利技术还提供了相应的从站通信装置。本发明专利技术的方案成本低廉，有助于大量部署；可适用各种不同领域的工业应用；能够在兼容多种指令模式的前提下，确保了高鲁棒性，高可靠性，提高数据收发成功率以及通信速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业以太网
，具体地说，本专利技术涉及一种基于EtherCAT协议 的工业控制网络从站通信方法及装置。
技术介绍
EtherCAT是由德国BECKH0FF自动化公司于2003年提出的实时工业以太网技术。 它具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构，在工业自动控制系统中 广泛应用。EtherCAT是开放的实时以太网络通讯协议，它为系统的实时性能和拓扑的灵活 性树立了新的标准，并在一定程度上降低了现场总线的使用成本，同时具有速度快和数据 有效率高的特点，支持多种设备连接拓扑结构。 具体地说，EtherCAT协议的主要优势如下： 1、适用性广，只要带有标准以太网控制器的系统都可作为EtherCAT主站，从小型 的16位处理器到使用3GHz处理器的PC机； 2、带宽利用率高，最大化利用以太网带宽进行用户实时数据和非实时数据的传 输； 3、通信周期短，可以达到小于100yS的数据刷新周期，足以满足伺服系统的闭环 控制； 4、同步精度高，各从站可达到小于1 ys的时钟同步精度。 目前，EtherCAT技术采用的是主从介质访问方式，即在基于EtherCAT的系统中， 主站发送数据帧，在数据帧经过从站时，从站读取相关报文中的数据，并将响应数据插入到 同一数据帧的相关报文中。当该数据帧经过所有从站后，再由末端从站将该数据帧返回主 站，此时主站就与需要进行数据交换的所有从站完成数据传输，并获得相应的响应数据。 目前实现EtherCAT协议中从站通信的硬件装置主要有ET1100芯片，该芯片可在 市场购买，但价格十分昂贵。在实际的工业应用中，往往需要配备大量的从站，如果在工厂 中每个需要的位置都配置一台基于ET1100芯片的从站，则成本会非常高昂。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是提供一种低成本的EtherCAT协议的从站通信解决方案。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于EtherCAT协议的工业控制网络从站通 信方法，所述从站包括帧头寄存器，接收缓存模块和发送缓存模块；所述从站通信方法包括 下列步骤： 1)从以太网接收EtherCAT帧，将帧的头部信息写入帧头寄存器，将帧数据写入接 收缓存模块； 2)从帧头寄存器读取帧的头部信息并将其写入发送缓存模块，同时并行地从接收 缓存模块读取并解析ECAT帧中的子报文，根据EtherCAT协议生成应答该EtherCAT帧的响 应数据，然后将响应数据写入发送缓存模块； 3)在步骤2)完成后，根据发送缓存模块的数据构建完整的响应数据帧，再将响应 数据帧发送至以太网。 其中，所述步骤2)还包括：在完成将响应数据写入发送缓存模块的操作后，发出 第一反馈信号；所述步骤3)还包括：在完成将将响应数据帧发送至以太网的操作后，发出 第二反馈信号；所述步骤1)还包括：接收所述第一反馈信号和所述第二反馈信号，在所述 第一反馈信号和所述第二反馈信号均接收到时，开始从以太网接收新的数据帧，在未接收 到所述第一反馈信号和所述第二反馈信号中任一个时，直接阻断新的数据帧。 其中，所述步骤1)还包括：在将帧的头部信息写入帧头寄存器时，根据帧的头部 信息判断所接收的数据帧是否为EtherCAT帧，如果是，则将帧数据写入接收缓存模块，如 果否，则停止将帧数据写入接收缓存模块，并在接收下一帧时用下一帧的帧头信息覆盖所 述帧头寄存器中的数据。 根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于EtherCAT协议的工业控制网络从站 通信装置，包括依次级联的：预处理模块，接收缓存模块，响应处理模块，发送缓存模块和发 送模块，其中预处理模块还直接与发送缓存模块连接； 所述预处理模块用于从以太网接收EtherCAT帧，将帧的头部信息写入帧头寄存 器，将帧数据写入接收缓存模块； 所述响应处理模块用于从帧头寄存器读取帧的头部信息并将其写入发送缓存模 块，同时并行地从接收缓存模块读取并解析ECAT帧中的子报文，根据EtherCAT协议生成应 答该EtherCAT帧的响应数据，然后将响应数据写入发送缓存模块； 所述发送模块用于检测响应处理模块的数据处理是否完成，并根据发送缓存模块 的数据构建完整的响应数据帧，再将响应数据帧发送至以太网。 其中，所述接收缓存模块和发送缓存模块均为FIFO缓存模块。 其中，所述预处理模块配置有RXfinish寄存器，用于标识预处理是否完成，所述 响应处理模块还用于读取RXfinish寄存器，并仅在预处理完成后，才开始从接收缓存模块 读取ECAT帧中的子报文。 其中，所述工业控制网络从站通信装置与工业控制网络从站控制装置共用DPRAM 存储器并共用连接所述DPRAM存储器的数据通道。 其中，所述DPRAM存储器的部分存储空间分别映射对不同种类的外设10设备的操 作，另一部分存储空间用于存储所述响应处理模块生成的中间数据。 其中，所述响应处理模块和所述发送模块各自为所述预处理模块提供一个反馈信 号，所述预处理模块还用于基于所述响应处理模块和所述发送模块的反馈信号接收或阻断 新的数据帧。 其中，当所述响应处理模块的反馈信号用于表示响应处理模块是否空闲，所述发 送模块的反馈信号用于表示发送缓存模块是否空闲，所述预处理模块还用于接收所述响 应处理模块和所述发送模块的反馈信号，并在这两个反馈信号均表示空闲时接收新的数据 帧，否则直接阻断新的数据帧。 其中，所述预处理模块还用于在将帧的头部信息写入帧头寄存器时，根据帧的头 部信息判断所接收的数据帧是否为EtherCAT帧，如果是则将帧数据写入接收缓存模块，如 果否，则停止将帧数据写入接收缓存模块，并在接收下一帧时用下一帧的帧头信息覆盖帧 头寄存器中的数据。 其中，所述预处理模块，接收缓存模块，响应处理模块，发送缓存模块和发送模块 用FPGA芯片实现。 与现有技术相比，本专利技术具有下列技术效果： 1、本专利技术基于FPGA实现了EtherCAT协议的从站通信装置，成本低廉，有助于大量 部署。 2、本专利技术能够处理多种指令模式的EtherCAT通信处理，可适用各种不同领域的 工业应用。 3、本专利技术在兼容多种指令模式的前提下，确保了高鲁棒性，高可靠性。 4、本专利技术在兼容多种指令模式的前提下，提高了数据收发成功率以及通信速率。【附图说明】 以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中： 图1示出了一种基于EtherCAT协议的工业控制网络构架示意图； 图2示出了本专利技术一个实施例中的工业控制网络的从站应答设备的结构示意图； 图3示出了本专利技术一个实施例中的从站通信方法的流程示意图； 图4示出了本专利技术一个实施例中的数据预处理模块的数据处理流程图； 图5示出了本专利技术一个实施例中的响应处理模块的数据处理流程图； 图6示出了本专利技术一个实施例中的发送模块的数据处理流程图；图7示出了本专利技术一当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EtherCAT协议的工业控制网络从站通信方法，所述从站包括帧头寄存器，接收缓存模块和发送缓存模块；所述从站通信方法包括下列步骤：1)从以太网接收EtherCAT帧，将帧的头部信息写入帧头寄存器，将帧数据写入接收缓存模块；2)从帧头寄存器读取帧的头部信息并将其写入发送缓存模块，同时并行地从接收缓存模块读取并解析ECAT帧中的子报文，根据EtherCAT协议生成应答该EtherCAT帧的响应数据，然后将响应数据写入发送缓存模块；3)在步骤2)完成后，根据发送缓存模块的数据构建完整的响应数据帧，再将响应数据帧发送至以太网。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊，姚萍，王贞松，郑天垚，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11