一种基于SOC的工业以太网协议转换方法技术

本发明专利技术涉及一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，属于通讯协议转换技术领域，以SOC架构为基础，设计实现工业以太网协议转换的新型芯片架构，设计数据帧编/解码IP，通过修改所述IP的配置参数，实现多种工业以太网协议数据帧编解码，通过总线模块实现数据高速传输；设计的数据帧编/解码模块，通过主机端下发命令到CPU模块进行解析，由CPU模块下发配置信息，实现多种工业以太网协议数据帧的编/解码功能。本发明专利技术保证了数据传输的准确性，能够通过不同的配置信息实现对不同工业以太网协议数据帧进行编码和解码操作，提高芯片使用灵活性；可在AXI数据总线上挂载多数据帧编/解码模块，从而获得扩展功能，提高数据传输效率。提高数据传输效率。提高数据传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOC的工业以太网协议转换方法


[0001]本专利技术涉及一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，属于通讯协议转换


技术介绍

[0002]随着计算机、通信和网络技术的发展，以太网技术在各个领域取得了广泛的应用，其中将以太网技术与现场总线相结合，在技术上采用与商业以太网(即工EEE802.3标准)兼容，与工业数据总线结合形成的工业以太网总线在制造业、交通、楼宇等自动化系统方面具有广泛的应用前景。工业以太网总线具备多项优势，如：以太网是应用最广泛的计算机网络技术，几乎支持所有编程语言对其进行开发。工业以太网总线通信速率高，实时性强且种类繁多。同时以太网网卡的价格相对于现场总线网卡的价格要低很多，极大降低体统整体成本。但随着人们对于传统以太网在与工业应用上的改进，诞生了POWERLINK、EtherCAT、 EPA、NCUC
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Bus、EtherMAC、SERCOS、EtherNetlIP、 ModBusTCP、 ProfinetSRT、 MECHATROLINK等这些工业以太网技术，这些工业以太网协议都在原有以太网协议的基础上进行改进，在数据传输方面具有各自独特的编解码方式，不同协议具有各自适用的领域和特点。这就导致了当使用多种协议进行协同控制或不同协议交错传输数据进入用户端时，用户端需要不断地根据不同协议对数据进行对应的编解码，再根据得到的数据进行逻辑操作，一定程度上增加了数据传输负担。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，改变数据传输方式，利用FPGA并行处理数据的特性，提高数据传输速度，最后通过CPU配置将所有接入的以太网协议转换提取有效信息并发送至用户端，能够显著减少主机端的工作量，提高传输速率，降低工作复杂度。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，以SOC架构为基础，设计实现工业以太网协议转换的新型芯片架构，设计数据帧编/解码IP，通过修改所述IP的配置参数，实现多种工业以太网协议数据帧编解码，通过总线模块实现数据高速传输；包括以下步骤：步骤1：主机端将命令信息以及控制寄存器信息通过PCIE模块发送至控制寄存器模块进行存储；步骤2：通过CPU模块对控制寄存器模块的轮询读取，读取出控制寄存器模块中的命令、配置信息，并对其进行解析；步骤3：CPU模块将解析后的命令、配置信息通过AXI控制总线发送到DMA模块和数据帧编/解码模块；步骤4：DMA模块和数据帧编/解码模块根据控制总线发送的配置信息进行功能调整；
步骤5：当主机发送数据到从机时，主机发送的数据由DMA模块经过AXI数据总线发送到数据帧编/解码模块，将数据按照协议规范打包成数据帧发送到从机完成数据传输；当从机发送数据到主机时，从机将根据协议打包好的数据帧发送至数据帧编/解码模块，提取数据帧中有效信息存储至协议数据缓存模块；步骤6：当从机发送数据到主机时，DMA模块根据配置信息通过AXI数据总线读取协议数据缓存模块中的数据，并按主机配置要求调整数据位宽以及传输方式；步骤7：DMA模块将转换后的数据发送至与PCIE模块，通过PCIE模块发送至主机端完成数据传输。
[0005]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤1的命令信息以及控制寄存器信息包括读/写命令操作描述、Host端所访问从机ID、访问协议数据缓存模块地址、选择需要转换协议序号及时钟复位模块配置参数。
[0006]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述控制寄存器模块包括两个部分，一部分为地址信息寄存器，另一部分为命令信息寄存器。
[0007]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤2具体操作为：步骤2
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1：CPU模块首先轮询读取地址信息寄存器内信息，当CPU判断前后两次读出的同一地址的地址信息寄存器内数据出现差值，判断得出客户端访问地址变换；步骤2
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2：CPU模块采用R5，当R5首先轮询读取地址信息寄存器中表示起始地址和结束地址寄存器信息时，当地址数据间的差值发生变换后，开始轮询读取命令信息寄存器信息，并对读取到的信息进行解析；CUP模块将解析完成的命令信息寄存器信息存储至CPU模块内挂在R5下的配置信息寄存器中。
[0008]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤4具体包括以下步骤：步骤4
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1：CPU发送配置信息到DMA模块，所述DMA模块采用双通道DMA，两通道分别用于主机到从机的写操作和读操作；所述DMA模块通过AXI数据总线分别连接协议数据缓存模块和PCIE模块，其功能为将协议数据缓存模块中的数据取出并转发到PCIE模块或将所述数据通路反向；所述DMA控制器接收CPU下发的配置信息包括源地址、目的地址以及传输量，其中传输量包括数据总量和数据位宽；DMA模块根据源地址和目的地址区分所要读取数据的位置和数据转发位置，通过数据总量以及数据位宽计算出单次AXI传输所需的突发长度；DMA控制器通过配置信息，以AXI接口发出读写请求到AXI数据总线上，完成CPU对DMA模块的配置，当本次配置所要求的操作完成后，即通过DMA模块上的AXI接口收到读响应或写响应后，通过数据通路反馈到CPU模块完成本次配置操作；步骤4
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2：CPU发送配置信息到数据帧编/解码模块；所述数据帧编/解码模块为Verilog语言编写，包括帧编码模块、帧解码模块和CRC校验模块；其中，帧解码模块负责为数据添加前导码、目的地址、源地址、数据长度及以太网类型；帧解码模块负责对接收的帧进行解码操作，识别目的地址和源地址、类识别以及提取协议中传输的有效数据；CRC校验模块包括两项功能，一是为数据添加CRC校验码后发送给帧编码模块，二是校验帧解码模块发送的数据正确性；CPU的配置信息以参数形式传递进入数据帧编/解码模块，所述参数内容包括：前导码位宽，目的地址和源地址位宽，数据包类型位宽，协议数据位宽以及校验码位宽；当帧编/解码模块确定所接受的数据帧各部分参数后，按位宽对数据帧进行展开；所述解码模块将接收到的数据帧展开后获取的信息包括目的地址、源地址和协议数据，分别
将地址信息和数据存储在协议数据缓存模块。
[0009]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤5具体包括以下步骤：步骤5
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1：当主机发送数据到从机时，经过CPU模块配置后的DMA模块将所需要发送的数据从与主机连接的PCIE模块取出，在DMA模块内部，根据配置信息调整数据位宽和发送方式后，发送到AXI数据总线上，并根据DMA模块发送的地址，找到所对应从机数据帧编/解码模块中的CRC校验模块；数据帧编码模块接收到数据后，为数据添加前导码、目的地址、源地址、数据长度及以太网类型；数据帧打包完成后发送给从机，完成数据传输；步骤5
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2：当从机发送数据到主机时，数据帧由从机发送到数据帧解码模块，在模块内部将数据帧拆分成前导码、目的地址、源地址、数据长度、以太网类型、有效数据和CRC校验码；数据帧拆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，其特征在于：以SOC架构为基础，设计实现工业以太网协议转换的新型芯片架构，设计数据帧编/解码IP，通过修改所述IP的配置参数，实现多种工业以太网协议数据帧编解码，通过总线模块实现数据高速传输；包括以下步骤：步骤1：主机端将命令信息以及控制寄存器信息通过PCIE模块发送至控制寄存器模块进行存储；步骤2：通过CPU模块对控制寄存器模块的轮询读取，读取出控制寄存器模块中的命令、配置信息，并对其进行解析；步骤3：CPU模块将解析后的命令、配置信息通过AXI控制总线发送到DMA模块和数据帧编/解码模块；步骤4：DMA模块和数据帧编/解码模块根据控制总线发送的配置信息进行功能调整；步骤5：当主机发送数据到从机时，主机发送的数据由DMA模块经过AXI数据总线发送到数据帧编/解码模块，将数据按照协议规范打包成数据帧发送到从机完成数据传输；当从机发送数据到主机时，从机将根据协议打包好的数据帧发送至数据帧编/解码模块，提取数据帧中有效信息存储至协议数据缓存模块；步骤6：当从机发送数据到主机时，DMA模块根据配置信息通过AXI数据总线读取协议数据缓存模块中的数据，并按主机配置要求调整数据位宽以及传输方式；步骤7：DMA模块将转换后的数据发送至与PCIE模块，通过PCIE模块发送至主机端完成数据传输。2.根据权利要求1所述的一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，其特征在于：所述步骤1的命令信息以及控制寄存器信息包括读/写命令操作描述、Host端所访问从机ID、访问协议数据缓存模块地址、选择需要转换协议序号及时钟复位模块配置参数。3.根据权利要求1所述的一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，其特征在于：所述控制寄存器模块包括两个部分，一部分为地址信息寄存器，另一部分为命令信息寄存器。4.根据权利要求3所述的一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，其特征在于：所述步骤2具体操作为：步骤2
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1：CPU模块首先轮询读取地址信息寄存器内信息，当CPU判断前后两次读出的同一地址的地址信息寄存器内数据出现差值，判断得出客户端访问地址变换；步骤2
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2：CPU模块采用R5，当R5首先轮询读取地址信息寄存器中表示起始地址和结束地址寄存器信息时，当地址数据间的差值发生变换后，开始轮询读取命令信息寄存器信息，并对读取到的信息进行解析；CUP模块将解析完成的命令信息寄存器信息存储至CPU模块内挂在R5下的配置信息寄存器中。5.根据权利要求1所述的一种基于SOC的工业以太网协议转换方法，其特征在于：所述步骤4具体包括以下步骤：步骤4
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1：CPU发送配置信息到DMA模块，所述DMA模块采用双通道DMA，两通道分别用于主机到从机的写操作和读操作；所述DMA模块通过AXI数据总线分别连接协议数据缓存模块和PCIE模块，其功能为将协议数据缓存模块中的数据取出并转发到P...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立国，孟子杰，金梅，申前，黄文汉，杨红光，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：