一种CANOPEN-RS485的网关设备制造技术

一种CANOPEN‑RS485的网关设备，ZYNQ主处理器包括处理系统PS和可编程逻辑PL两部分，处理系统PS和可编程逻辑PL两部分通过AXI4总线相连，处理系统PS包括处理器、连接存储电路的DDR Controller控制器和MIO接口；可编程逻辑PL包括FPGA内部寄存器、数据处理及存储单元、数据流控制单元和CANOPEN协议栈单元；CANOPEN控制模块连接CANOPEN收发模块，CANOPEN收发模块与CANOPEN接口连接。本实用新型专利技术采用通用FPGA芯片ZYNQ作为主处理器，软硬件协同设计，设备结构紧凑，抗干扰能力强，可靠性高，适合列车运行坏境；实现并行运行，提高数据转换速度；通过硬件描述语言对硬件进行不同配置，可以实现多种类型总线的数据交换；同时具有CANOPEN和RS485通信功能，软硬件均可进行在线升级和维护。

A gateway device for CANOPEN-RS485

A gateway device of CANOPEN RS485. The main processor of ZYNQ includes two parts: the processing system PS and the programmable logic PL. The processing system PS and the programmable logic PL are connected by AXI4 bus. The processing system PS includes the processor, the DDR Controller controller connecting the storage circuit and the MIO interface. The programmable logic PL includes the FPGA. Part register, data processing and storage unit, data flow control unit and CANOPEN protocol stack unit; CANOPEN control module connects CANOPEN transceiver module, CANOPEN transceiver module connects CANOPEN interface. The utility model adopts the general-purpose FPGA chip ZYNQ as the main processor, and the hardware and software are designed in coordination. The device has compact structure, strong anti-interference ability, high reliability, and is suitable for the bad environment of train operation; realizes parallel operation and improves the speed of data conversion; and realizes various types of aggregation by different configurations of hardware through hardware description language. Line data exchange; also has CANOPEN and RS485 communication functions, hardware and software can be upgraded and maintained online.

【技术实现步骤摘要】
一种CANOPEN-RS485的网关设备
本技术涉及现场总线网络控制
，尤其涉及一种用于不同网络之间的数据转换装置。
技术介绍
现有的列车通信总线主要有MVB、CANOPEN、RS485和WORLDFIP等，而在一列车只能存在一种通信总线，对应不同总线类型的设备就需要通过网关进行数据转换。现阶段CANOPEN-RS485网关一般采用一块主板上集成CPU控制器、RS485专用接口模块、CANOPEN通信接口模块和其他通用电路，主板内嵌CANOPEN协议栈软件包。现有CANOPEN-RS485网关，虽可以进行两种数据交换，但网关只能实现CANOPEN主站或从站单一功能，不能进行人为配置成主站网关或从站网关；而且所有模块采用专用集成IC，不便于灵活配置和升级；通过软件的方法实现通信数据转换，转换速度受CPU运行速度限制。
技术实现思路
为了解决现有CANOPEN-RS485网关存在的上述问题，本技术提供了一种基于ZYNQ的硬件设计的CANOPEN-RS485的网关设备。本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种CANOPEN-RS485的网关设备，包括ZYNQ主处理器，ZYNQ主处理器包括处理系统PS和可编程逻辑PL两部分，处理系统PS和可编程逻辑PL两部分通过AXI4总线相连，处理系统PS包括处理器、连接存储电路的DDRController控制器和MIO接口，MIO接口包括与以太网接口电路相连的ENET接口、与RS485接口电路相连的UART接口和与CANOPEN控制模块相连的CAN接口；可编程逻辑PL包括FPGA内部寄存器、数据处理及存储单元、数据流控制单元和CANOPEN协议栈单元；CANOPEN控制模块连接CANOPEN收发模块，CANOPEN收发模块与CANOPEN接口连接。所述处理器为双硬核ARM9。所述ZYNQ主处理器为XC7Z020现场门阵列FPGA。本技术的CANOPEN-RS485的网关设备，采用通用FPGA芯片ZYNQ作为主处理器，软硬件协同设计，设备结构紧凑，抗干扰能力强，可靠性高，适合列车运行坏境；通过FPGA硬件电路设计实现并行运行，提高数据转换速度；采用通用FPGA芯片ZYNQ作为主处理器，通过硬件描述语言对硬件进行不同配置，可以实现多种类型总线的数据交换；采用通用FPGA芯片实现协议控制，降低了成本；同时具有CANOPEN和RS485通信功能，设计新颖，软硬件均可进行在线升级和维护，设备小巧，便于安装和互换，在铁路、地铁和轻轨领域具有很高的推广价值。附图说明图1是本技术CANOPEN-RS485的网关设备原理图。具体实施方式本技术的CANOPEN-RS485的网关设备原理如图1所示，主要包括ZYNQ主处理器，与ZYNQ主处理器连接存储电路、RS485接口电路、以太网接口电路和CANOPEN控制模块，与CANOPEN控制模块连接的是CANOPEN收发模块及与CANOPEN收发模块相连的CANOPEN接口。ZYNQ主处理器包括可以软件编程的处理系统PS部分和硬件逻辑编程PL部分。处理系统PS部分嵌入了双硬核处理器ARM9、DDRController控制器，以及一些MIO接口，如CAN接口、UART接口和以太网接口等；PL部分为硬件逻辑可编程部分，通过ARX4总线与ZYNQ主处理器的PS部分进行数据交换，PL部分通过硬件描述语言实现寄存器配置单元、数据处理及存储单元、数据流控制单元和CANOPEN协议栈实现。工作原理和工作过程：ZYNQ主处理器采用XILINX公司的XC7Z020现场门阵列FPGA，可以实现软硬件协调设计。ZYNQ主处理器包括处理系统PS和可编程逻辑PL两部分，PS部分通过内部AXI4总线读写PL部分。PS部分嵌入双硬核ARM9，可以移植实时操作系统，并在操作系统下开发相关应用软件；PS部分具有DDRController控制器，连接存储器电路实现数据存储及输出显示使用等。PS部分包含54个MIO接口，可以进行相应配置。配置1路ENET接口与以太网接口电路相连；配置1路UART接口与RS485接口电路相连；配置1路CAN接口与CANOPEN控制模块相连，CANOPEN控制模块连接CANOPEN收发模块，CANOPEN收发模块与CANOPEN接口连接。PL部分采用硬件描述语言VERILOGHDL语言设计了一系列FPGA内部寄存器用来设置通信协议参数，完成RS485和CANOPEN的通信协议，设计了数据处理及存储单元，如计算数据转换中的校正码等，设计实现了CANOPEN协议栈，实现协议转换。RS485总线上的数据通过RS485接口电路，电平转换后进入ZYNQ主处理器PS部分，PS部分通过内部AXI4总线写PL部分内部自定义的寄存器，实现对通信参数的设置，数据处理及存储，数据流控制，经过CANOPEN协议栈转换为CANOPEN协议数据，通过内部AXI4总线及CAN中断送出到PS部分CAN接口，再经过CANOPEN控制模块进行数据编码，发送给CANOPEN收发模块，通过CANOPEN接口传送到CANOPEN总线上，实现了RS485总数数据到CANOPEN总线数据的转换。相反可以实现CANOPEN总数数据到RS485总线数据的转换。CANOPEN总线上的数据通过CANOPEN接口进入CANOPEN收发模块，然后再经过CANOPEN控制模块进行数据解码，经过PS部分CAN接口中断，通过内部AXI4总线传送到PL部分，进行相应自定义寄存器设置，CANOPEN协议栈转换，数据流控制，数据处理及存储，再从AXI4总线送出到UART接口，进而传送到RS485接口电路，经过电平变换，将数据传输到RS485总线上。所述以太网接口电路用于跨平台交叉编译时的程序代码下载和操作系统内核下载等，存储电路用于存放嵌入式操作系统、应用程序和数据等。本技术采用可以构建一个软硬件协同处理的基于ZYNQ的软硬件协同设计的网关，按照软硬件结构设计灵活划分软件程序模块和硬件设计模块，充分发挥ZYNQ软硬件均可编程的优势，使用可编程逻辑实现原来一些软件算法，提高数据转换速度，同时应用ZYNQ片内的AXI4总线，提高数据的吞吐量，加快数据处理和转换速度，提高实时处理能力，并且降低功耗。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CANOPEN‑RS485的网关设备，其特征在于：包括ZYNQ主处理器，ZYNQ主处理器包括处理系统(PS)和可编程逻辑(PL)两部分，处理系统(PS)和可编程逻辑(PL)两部分通过AXI4总线相连，处理系统(PS)包括处理器、连接存储电路的DDR Controller控制器和MIO接口，MIO接口包括与以太网接口电路相连的ENET接口、与RS485接口电路相连的UART接口和与CANOPEN控制模块相连的CAN接口；可编程逻辑(PL)包括FPGA内部寄存器、数据处理及存储单元、数据流控制单元和CANOPEN协议栈单元；CANOPEN控制模块连接CANOPEN收发模块，CANOPEN收发模块与CANOPEN接口连接。

【技术特征摘要】
1.一种CANOPEN-RS485的网关设备，其特征在于：包括ZYNQ主处理器，ZYNQ主处理器包括处理系统(PS)和可编程逻辑(PL)两部分，处理系统(PS)和可编程逻辑(PL)两部分通过AXI4总线相连，处理系统(PS)包括处理器、连接存储电路的DDRController控制器和MIO接口，MIO接口包括与以太网接口电路相连的ENET接口、与RS485接口电路相连的UART接口和与CANOPEN控制模块相连的CAN接口；可编程...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵科，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21